← Retour au sommaire

Interrogation — Ch07 : Oxydoréduction, piles et électrolyse

Terminale générale | Physique-Chimie | Durée : 15 min | /20

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 11:05

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20

Exercice 1 — Demi-équations et équation d'oxydoréduction (5 pts)

On considère les couples \(Cu^{2+}(aq)/Cu(s)\) et \(Zn^{2+}(aq)/Zn(s)\). Le zinc métallique réagit spontanément avec les ions cuivre(II).

  1. Écris la demi-équation électronique de chaque couple. (2 pts)
  2. Écris l'équation de la réaction d'oxydoréduction spontanée. (2 pts)
  3. Identifie l'espèce oxydée et l'espèce réduite. (1 pt)

a) \(Cu^{2+} + 2\,e^- = Cu\) et \(Zn^{2+} + 2\,e^- = Zn\). (2 pts)

b) Le zinc cède ses électrons aux ions cuivre : \(Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)\). (2 pts)

c) Le zinc \(Zn\) est oxydé (il perd des électrons) ; l'ion \(Cu^{2+}\) est réduit (il en gagne). (1 pt)

Exercice 2 — Fonctionnement de la pile zinc-cuivre (8 pts)

On réalise au laboratoire la pile schématisée ci-dessous : une lame de zinc plonge dans une solution de sulfate de zinc, une lame de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre ; les deux demi-piles sont reliées par un pont salin, et les lames par un conducteur.

fil conducteur Zn²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) Zn Cu²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) Cu pont salin
  1. À quelle électrode se produit l'oxydation ? Comment appelle-t-on cette électrode ? (2 pts)
  2. Écris les réactions qui se produisent à chaque électrode. (2 pts)
  3. Indique la polarité de la pile, le sens de circulation des électrons dans le fil et le sens conventionnel du courant. (3 pts)
  4. Quel est le rôle du pont salin ? (1 pt)

a) L'oxydation se produit à l'électrode de zinc (réaction spontanée : le zinc est oxydé). L'électrode siège de l'oxydation est l'anode. (2 pts)

b) Anode (Zn) : \(Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2\,e^-\). Cathode (Cu) : \(Cu^{2+} + 2\,e^- \rightarrow Cu\). (2 pts)

c) L'électrode de zinc libère des électrons : c'est le pôle − ; l'électrode de cuivre est le pôle +. Les électrons circulent dans le fil du zinc vers le cuivre ; le courant conventionnel circule en sens inverse, du cuivre (+) vers le zinc (−) dans le circuit extérieur. (3 pts)

d) Le pont salin ferme le circuit électrique (circulation des ions) et assure l'électroneutralité des deux solutions. (1 pt)

Exercice 3 — Capacité d'une pile et électrolyse (7 pts)

La pile précédente débite un courant d'intensité constante jusqu'à consommation totale du zinc de l'anode.

Masse de zinc consommée \(m\)\(M(Zn)\)Intensité \(I\)Constante de Faraday \(F\)
0,654 g65,4 g·mol\(^{-1}\)50 mA96 500 C·mol\(^{-1}\)
  1. Calcule la quantité de matière de zinc consommée, puis la quantité d'électrons échangée (demi-équation : \(Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2\,e^-\)). (2,5 pts)
  2. Calcule la capacité électrique \(Q\) de la pile, puis la durée \(\Delta t\) de fonctionnement. (3 pts)
  3. En quoi une électrolyse diffère-t-elle fondamentalement du fonctionnement d'une pile ? (1,5 pt)

a) \(n(Zn) = \dfrac{m}{M} = \dfrac{0{,}654}{65{,}4} = 1{,}00\times10^{-2}\) mol. Chaque atome de zinc libère 2 électrons : \(n(e^-) = 2\,n(Zn) = 2{,}00\times10^{-2}\) mol. (2,5 pts)

b) \(Q = n(e^-)\times F = 2{,}00\times10^{-2} \times 96\,500 = 1{,}93\times10^{3}\) C. Comme \(Q = I\,\Delta t\) : \(\Delta t = \dfrac{Q}{I} = \dfrac{1930}{0{,}050} = 3{,}86\times10^{4}\) s \(\approx 10{,}7\) h. (3 pts)

c) La pile est le siège d'une transformation spontanée (elle fournit de l'énergie électrique) ; l'électrolyse est une transformation forcée : un générateur extérieur impose le passage du courant et fait évoluer le système dans le sens opposé au sens spontané. (1,5 pt)

Total : 5 + 8 + 7 = 20 points.