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Variation de la f.e.m de la pile Daniell en fonction des concentrations
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1)Position du problème:
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Une pile est un ensemble formé de deux demi-piles, chacune correspondant à une demi-réaction donc à un couple rédox.
La pile Daniell est constituée d'une lame de Zn qui plonge dans une solution aqueuse de sulfate de zinc ZnSO4 de molarité C1 et d'une lame Cu qui plonge dans une solution aqueuse de sulfate de cuivre CuSO4 de molarité C2. Les deux compartiments de la pile sont séparés par une paroi poreuse ( pont électrolytique) permettant de rétablir la neutralité électrique et le passage du courant lorsqu'on veut que la pile débite.
2)But:
On se propose dans cette fiche d'étudier la pile Daniell et de voir l'influence des concentrations C1 et C2 sur la valeur de sa force électromotrice f.é.m E.
3)Matériel et produits:
-Une paroi poreuse ou un pont électrolytique.
-Deux grands bêchers.
-Un millivoltmètre, deux fils conducteurs et deux pinces crocodiles.
-Un papier abrasif.
-Une fiole jaugée de 100mL et une pipette de 10mL.
-L'eau distillée.
-Un papier millimétré.
-Une solution de sulfate de zinc
ZnSO4 5.10-1M.
-Une solution de sulfate de cuivre
CuSO4 5.10-1M.
-Une lame de zinc Zn et une lame de cuivre Cu.
4)Réalisation de la pile:
Donner le schéma de principe de la pile Daniell.
Prendre C1=C2. Relier les électrodes préalablement grattés du papier abrasif, à un millivoltmètre.
Noter l'indication du millivoltmètre.
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Déduire:
a-Le sens de circulation du courant et des électrons.
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b-La polarité des bornes.
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c-Les équations de réactions aux électrodes.
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d-L'équation de la réaction qui se produit spontanément quand la pile débite du courant.
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5)Influence des concentrations sur la f.é.m de la pile:
Le principe de la manipulation consiste à étudier la variation de la f.é.m E de la pile Daniell en fonction de la concentration des ions Zn2+ (en gardant constante celle de Cu2+ ) puis en fonction de la concentration des ions Cu2+ (en gardant constante celle de Zn2+).
Par dilutions successives à partir des solutions mères de sulfate de cuivre et de sulfate de zinc, de concentration 5.10-1M, préparer les solutions indiquées dans le tableau suivant:
[Zn2+](M) 5.10-3 5.10-2 5.10-1 5.10-1 5.10-1
[Cu2+](M) 5.10-1 5.10-1 5.10-1 5.10-2 5.10-3
r=[Zn2+]/[Cu2+] . . . . .
logr . . . . .
f.é.m E(V) . . . . .

a-Remplir le tableau précèdent.
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b-Tracer la courbe E=f(logr).
c-Grâce à des mesures graphiques, mettre E sous la forme: E=a.logr+b.
Déterminer a et b.
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d-Donner la loi de variation de la f.é.m E de la pile Daniell en fonction des concentrations.
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e-Préciser la valeur de la f.é.m normale (ou standard) de la pile Daniell.
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