Oui
Piles et oxydoréduction
Équilibre et sens d'évolution
Sujet Bac Corrigé - Pile cuivre-zinc - Bac S Polynésie rattrapage 2004 (ancien programme) - Ex 2 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2004
Bac S (ancien programme)
Que se passe-t-il quand une lame de zinc plonge dans une solution d'ions cuivre ? Cet exercice court de 2,5 points du Bac S 2004 Polynésie rattrapage compare la réaction directe et la pile.
- l'équation de la réaction déduite des observations ;
- le quotient de réaction initial et le critère d'évolution spontanée ;
- le rôle du pont salin, la polarité des électrodes et les demi-équations ;
- le schéma de la pile, le sens du courant et le système hors équilibre.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont gratuits en PDF, avec les pièges et les méthodes à retenir.
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🫣
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Une pile cuivre-zinc pas à pas
Cet exercice court de 2,5 points du bac S 2004 Polynésie rattrapage (ancien programme) se traite en une vingtaine de minutes. Il compare deux situations construites avec les mêmes espèces : une transformation par contact direct entre une lame de zinc et des ions cuivre(II), puis la même transformation réalisée dans une pile. Il mobilise les couples oxydant-réducteur, le quotient de réaction, le critère d'évolution spontanée et le fonctionnement d'une pile.
Partie 1 : oxydation directe d'un métal
Question 1.1 : écrire l'équation
Les observations guident la réponse : la solution bleue se décolore, donc les ions Cu²⁺ disparaissent ; un dépôt métallique apparaît sur le zinc, donc du cuivre se forme. L'équation est Cu²⁺(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn²⁺(aq). Les ions sulfate sont spectateurs et n'y figurent pas.
Question 1.2 : le quotient de réaction initial
Les solides n'interviennent pas dans le quotient de réaction : seules les concentrations des ions dissous comptent. Le mélange de deux volumes égaux divise chaque concentration par deux, ce qui donne 0,10 mol/L pour chaque ion et un quotient initial de 1,0. Le piège serait d'écrire les métaux dans l'expression ou d'oublier la dilution, qui ici ne change pourtant pas la valeur puisque les deux ions sont dilués de la même façon.
Question 1.3 : appliquer le critère d'évolution
Avec un quotient initial de 1,0 et une constante d'équilibre de 10³⁷, Qr,i est inférieur à K : le système évolue dans le sens direct. Les ions cuivre sont consommés et le cuivre se dépose, ce qui explique les deux observations. Une constante aussi grande traduit une transformation quasi totale.
Partie 2 : application aux piles
Questions 2.1 et 2.2 : pont salin et polarité
Le pont salin ferme le circuit et maintient l'électroneutralité des solutions grâce au déplacement de ses ions. Dans la pile, chaque solution garde sa concentration de 0,20 mol/L, le quotient vaut encore 1,0 et l'évolution se fait dans le sens direct : le zinc cède des électrons, la lame de zinc est le pôle négatif et la lame de cuivre le pôle positif.
Questions 2.3 et 2.4 : demi-équations et schéma
L'oxydation du zinc a lieu à l'anode, la réduction des ions cuivre à la cathode ; l'addition des deux demi-équations redonne l'équation de la partie 1. La pile se symbolise avec le pôle négatif à gauche et le double trait pour le pont salin. Le courant circule à l'extérieur de la lame de cuivre vers la lame de zinc, les électrons dans le sens inverse : ne confondez pas les deux.
Question 2.5 : un système hors équilibre
Tant que la pile débite, la composition change et le quotient de réaction reste différent de K : la pile en fonctionnement est un système hors équilibre. Elle est usée lorsque l'équilibre est atteint.
Conseils
Cet exercice récompense la rigueur du vocabulaire : anode, cathode, pôles, sens du courant. Le corrigé détaillé fournit le schéma de la pile avec le sens du courant et des électrons.