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pile zinc/air
Bonjour, j'ai un exercice dont l'énoncé est, le suivant:
"Les piles zinc/air sous forme de bouton sont utilisées dans des prothèses auditives. Elles contiennent d'une part, une
suspension de zinc dans de la potasse gélifiée K+ +HO- et d'autre part, une électrode en carbone poreux, en liaison avec
des trous d'accès pour l'air.
1. Ecrire les réactions aux électrodes
- En déduire l'équation de la transformation qui se réalise dans la pile
2. Définir ce qui constitue l'électrode positive et négative.
3. Quel est le réactif limitant dont l'épuisement conduit à l'état de la pile HS ?
4. Les caractéristiques d'une pile zinc/air cylindrique, de format 675, utilisée dans les prothèses de type contour d'oreilles
sont les suivantes :
Rayon : 5,78 mm
Epaisseur : 5,33 mm
Capacité : Qmax = 600 mA.h
Intensité de fonctionnement : I = 0,80 mA
Tension de fonctionnement : U = 1,30 V
a. Quelle est la durée de vie d'une telle pile dans ces conditions ?
b. Calculer la capacité énergétique volumique de ce type de pile. On donnera le résultat en Wh/dm3.
c. Quelle masse de zinc est présente dans la pile neuve ?
Données :
L'air est constitué de diazote et de dioxygène
Le zinc et le dioxygène interviennent dans les couples ZnO/Zn et O2/H2O
Le faraday F = 96500 C
Masse atomique molaire en g.mol-1 : Zn = 65,4
E = U x I x Δt"
J'ai essayé de le commencer mais dès le début je suis bloqué. Je ne vois pas à quels couple les demi-piles correspondent. D'après les donnée, il est probable que le couple ZnO/Zn intervienne mais d'un autre côté, si j'ai bien compris, dans la demi pile correspondant à l'électrode zinc, la solution électrolytique comprend des ions K^+ et HO^- et pas du dioxygène. Pouvez-vous m'aider s'il vous plaît? Merci
bonjour,
il faut équilibrer la 1/2 équation Zn = ZnO en milieu basique (car l'électrolyte est basique)
tu équilibres d'abord comme d'habitude avec H2O ,H+ ,e- puis tu ajoutes dans chaque membre autant de OH- qu'il y a de H+
dans un membre ,les H+ +OH- donneront H2O.
Tu simplifies au maximum.
de l'autre côté tu équilibres O2 = H2O en milieu basique (même méthode que précédemment)
Bonjour,
Merci pour votre réponse. Voilà ce que j'ai réussis à faire:
1) Ox: Zn(s) = ZnO(s) + 2H+ + 2e-
Red: O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 
2H20(l)
Zn(s) + H2O(l) + O2(g) + 4H+(aq) ZnO(s) + 2H+(aq) + 2H2O(l)
2) L'électrode de zinc est l'électrode négative car elle donne des électrons au circuit. Il y a oxydation de Zn en ZnO.
L'électrode de dioxygène constitue l'électrode positive car elle capte les électrons cédés. Il y a réduction de O2 en H2O.
Après je ne sais pas vraiment comment trouver le réactif limitant. On a aucun moyen de calculer une quantité de matière et de faire un tableau d'avancement alors comment faire? Merci
Zn(s) = ZnO(s) + 2H+ + 2e-
cette équation ne respecte pas la conservation de l'élément oxygène.
Il faut utiliser H2O pour assurer cette conservation
pour la 2 :OK
pour la 3 : l'oxydant O2 ,provenant de l'air est constamment renouvelé.
Conclusion....
pour la 4/
a) utilise Q=I*t avec Q en Ah et t en h
b)E=U*I*t E en Wh si U en V et I en A et t en h
l'énergie volumique vaut E/V V :volume de la pile
c)on connait Q en Ah.
calculer Q en C (coulomb) sachant que 1Ah = 3600C
calculer la qté d'électrons circulant pendant la durée de vie de la pile.
n(e)= Q/96500
calculer n(Zn) sachant que l'oxydation d'une mol de Zn libère 2 mol d'électrons.(d'après la 1/2 équation)
en déduire m(Zn)
Bonsoir,
J'ai fait ça:
1) Ox: Zn(s) + H2O(l) = ZnO(s) + 2H+ + 2e-
3) L'oxydant O2 provenant de l'air et constamment renouvelé. Le zinc constitue donc le réactif limitant dont l'épuisement conduit à l'état de la pile HS.
4) a)Qmax=I.
tmax
tmax=Qmax/I
tmax= 600/0,80=750h
b)E=U*I*t
E=1,30*(8,0.10-4)*750
=0,78Wh
Vpile=
*(5,78.10-2)²*(5,33.10-2)
=5,6.10-4dm3
EV=E/V=O,78/(5,6.10-4)=1,4.103Wh/dm3
c)Qmax=0,600*3600=2160C
Q=n(e-).Fn(e-)=Q/F
n(e-)=2160/96500=2,24.10-2mol
La quantité de matière de zinc introduite est égale à la moitié de la quantité de matière d'électrons circulant pendant la durée de vie de la pile car d'après la demi-équation, l'oxydation d'une mole de zinc libère deux moles d'électrons.
n(Zn)=n(e-)/2=(2,24.10-2)/2=1,12.10-2mol
n=m/Mm=n.M
m(Zn)=n(Zn)*M(Zn)
=(1,12.10-2)*65,4=7,32.10-1g
C'est juste? Merci!
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