Détermination de Grandeurs Thermodynamiques Pile Zn/Zn2+

TP 1: Détermination de Grandeurs Thermodynamiques Pile Zn/Zn2+

1-But :

Étudier les variations de la différence de potentiel aux bornes d’une pile en fonction de la température, et de déduire ce qui caractérise la pile des grandeurs thermodynamiques.

Le but est donc de déterminer les grandeurs de la réaction qui aura lieu, c’est-à-dire l’enthalpie et l’entropie après avoir trouvé l’enthalpie libre qui pourra être calculée par les potentiels redox des solutions utilisés : Δ𝑟𝐺=−𝑧.𝐹.𝐸𝑡.

2-Principe :

Réaliser un montage de pile : à l’aide de deux électrodes, l’une servante d’anode et l’autre comme une cathode, et à l’aide d’un voltmètre branché entre les deux, on étudie la force électromotrice des deux électrodes , afin de déterminer la variation de l’enthalpie libre à chaque température et de tracer la courbe de valeurs en fonction de la variation de température.

3-Materiel et produits :

- Millivoltmètre

- Thermomètre

- Bain thermostaté

- Électrode de Platine

- Électrode de Zinc

- Solution 0,10M en anion hexacyanoferrate II (ferrocyanure)

- Solution 0,10M en anion hexacyanoferrate III (ferricyanure)

- Solution 0,10 M de nitrate de zinc

4- Méthode expérimentale :

Tout d’abord, on prépare la solution, formée d’un mélange de 25 ml de 𝐹𝑒(𝐶𝑁)63− et de 25 ml de 𝐹𝑒(𝐶𝑁)64− de 0,10 M dans laquelle on place la cathode (platine). D’autre part on prépare la solution formée de 50 ml de 𝑍𝑛(𝑁𝑂3)2 de 0.1 M dans laquelle on place l’anode (le Zn). Ensuite, on place ces deux béchers dans un bain thermostaté après avoir créé le lien nécessaire entre les 2 électrodes grâce au pont salin et à la solution salée indispensable à l’échange des électrons.

On branche les 2 électrodes au millivoltmètre : l’anode au COM et la cathode au V afin que la tension entre les deux s’affiche à la température choisie.

Le millivoltmètre affiche la valeur de (FEM =cathode-anode), et à partir de cette valeur là on peut calculer l’enthalpie libre à chaque variation de température.

On fait varier la température jusqu’à 50˚C, et on commence avec une température initiale de 20˚C (température des solutions), ainsi on augmente la température chaque fois de 1˚ et on note la valeur affichée sur le millivoltmètre afin de pouvoir calculer l’enthalpie libre et de tracer la courbe de ΔG en fonction de la température dont on peut après, par différentiation de son équation linéaire (Y=ax+b) ,déterminer les grandeurs de réaction.

5-Questions:

Les couples : 𝑍𝑛2+𝑍𝑛⁄

: 𝐹𝑒(𝐶𝑁)63−𝐹𝑒(𝐶𝑁)64−⁄

Potentiel redox des couples : 𝐸0 (𝑍𝑛2+𝑍𝑛⁄)=−0.76 𝑉

: 𝐸0(𝐹𝑒(𝐶𝑁)63−𝐹𝑒(𝐶𝑁)64−)=0.35 𝑉

Anode: Zn FEM: cathode-anode

Cathode: Pt

Question 1 : Déterminer les demi-réactions redox de chaque compartiment :

1/2 réaction d’oxydation : 𝑍𝑛 ↔𝑍𝑛2++ 2 𝑒−

1/2 réaction de réduction : 2x ( 𝐹𝑒(𝐶𝑁)63−+1𝑒− ↔ 𝐹𝑒(𝐶𝑁)64-

Question 2 : Déterminer l’équation de réaction globale de la pile :

Règle de gamma :

Equation globale: 𝑍𝑛+2 𝐹𝑒(𝐶𝑁)63− → 2 𝐹𝑒(𝐶𝑁)64−+𝑍𝑛2+

Question 3 : Déterminer le nombre z d’électron(s) échangé(s) :

Le nombre d’électrons échangés = 2 e-

Le Zn a cédé 2 électrons, gagnés par le Fe

Question 4 : Sachant que pour chaque température la relation entre l'enthalpie libre de réaction et la f.é.m. est : ΔrG(T) = - z.F.E(T) (avec F le Faraday = 96485 C), Tracer ΔrG(T) :

Température k

FEM en V essai 1

FEM en V essai 2

ΔrGT 1

ΔrGT 2

293

1.139

1.075

-219792.83

-207442.75

294

1.129

1.07

-217863.13

-206477.9

295

1.123

1.066

-216705.31

-205706.02

296

1.118

1.064

-215740.46

-205320.08

297

1.114

1.058

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