Piles




Stage : "Développer les compétences de la 5ème à la Terminale" Session 2014-2015

Documents produits pendant le stage, les 06 et 07 novembre 2014 à Flers

Compétence travaillée : COMMUNIQUER

☐ Fiche comparative Collège / Lycée

☐ Activité Collège (3ème)

☐ Activité Lycée (Terminale S spé PC)

Remarque : ces documents n’ont pas été soumis à l’expérimentation en classe.
Thème ou notion étudié(e) : Les piles électrochimiques
Collège Lycée
Niveau : 3ème Tale S – spé PC
Prérequis Toutes les solutions aqueuses ne conduisent pas le courant électrique. Oxydoréduction (programme de 1ère S)
Objectifs attendus Réaliser une pile Zn/Cu Mots-clés : pile à combustible, production de dihydrogène
Support Documents papier Documents papier
Vidéo
Vocabulaire Pile, Volta, solution conductrice Oxydoréduction
Electrolyse
Pile à combustible
Techniques expérimentales Réalisation d’une pile Électrolyse
Pile à combustible
Scénario de séance
Préciser les interactions(Quand ? Avec qui ?
Où ? Posture de l’enseignant…)
Distribution de la mission et des documents
étude des documents
Aides fournies par le prof ?
Réalisation de piles
Enregistrement de la vidéo
Réception de la commande des 3èmes
Etude des documents
Réalisation de l’électrolyse de l’eau
Utilisation du dispositif comme pile
Réalisation de la vidéo
Restitution élève
Support (audacity, dictaphone…)
Enregistrement vidéo ou audio Vidéo
Évaluation / critères de réussite pour la compétence « communiquer à l’oral » Respecter la consigne (jouer le rôle de Volta s’exprimant vers Galvani)
Enchaînement cohérent des explications
Utilisation d’un vocabulaire scientifique adapté
respect de la finalité des explications (l’électricité n’est pas d’origine animale)
Utilisation d’un vocabulaire adapté à un élève de 3ème
Enchaînement cohérent des explications
Utilisation d’un vocabulaire scientifique adapté
Respect de la finalité des explications

Les connaissances sur la réaction chimique mise en jeu et les transformations d’énergie seront étudiées suite à cette activité en utilisant comme support la pile réalisée par les élèves.

Synthèse  : (point commun, différence, …….) 

  • points communs :
    • Communication par vidéo
    • Passage par l’expérimentation pour finaliser l’explication
    • Thème commun : oxydoréduction, pile
  • différences :
    • Exigences différentes au niveau de la situation de communication (de Volta à Galvani ; d’un élève de TS à un élève de 3ème)

DOCUMENTS ELEVE

Thème : les piles

3ème

Votre mission, si toutefois vous l’acceptez (enfin, vous n’avez pas vraiment le choix quand même), consiste à jouer le rôle de Volta en expliquant à Galvani que l’électricité n’est pas d’origine animale. Souriez, vous serez filmés...

DOCUMENT 1 : document histoire de la pile Volta (Sciences et Vie Junior n°284 mai 2013)


DOCUMENT 2 : la pile de Volta

aide 1 : Schéma d’une pile simple Cu, Zn, liquide

aide 2 : Que sait-on sur les propriétés du matériau séparant les rondelles de métal ?

aide 3 : Choisir son liquide parmi l’eau, l’eau salée, une solution aqueuse

aide 4 : Qu’est-ce qui peut jouer le rôle du chiffon imbibé ?

Tale S – spé

Commande des 3ème : Dans une optique de développement durable, peut-on construire une pile sans métaux ? En adaptant vos explications aux élèves de 3ème, détailler le fonctionnement de cette nouvelle pile sous forme de vidéo.

Document 1 : programme de 3ème - extrait du Bulletin officiel du 28 août 2008

Document 2 : les piles

Face aux défis énergétiques et environnementaux du XXIème siècle, les piles sont appelées à voir leur usage se multiplier et se diversifier.

Les piles salines et alcalines.

En 1867, Georges Leclanché réalise la première pile saline. Le pôle positif de cette pile est constitué d’un bâton de graphite plongé dans un mélange de dioxyde de manganèse MnO2 et de poudre de graphite, qui améliore la conductivité. Le boîtier de zinc constitue le pôle négatif. Un mélange gélifié de sels d’ammonium et de zinc assure la continuité électrique entre les deux bornes.

L’énergie chimique stockée dans la pile est convertie en énergie électrique au cours de la réaction :

Zn(s) + Mn02 (gel) + 2 H+ (gel) → Zn2+ (gel) + 2 MnO(OH) (s).

La première pile alcaline est proposée au public à la fin des années 1950. Les réactifs sont les mêmes que ceux d’une pile saline mais leur assemblage est différent : ils sont plongés dans une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium, un métal alcalin. Les performances sont meilleures : le zinc est utilisé en poudre, donc la surface qui réagit est plus importante ; la pile contient 2,5 fois plus de Mn02 et la solution d’hydroxyde de potassium est meilleure conductrice que le sel d’ammonium.

Les piles bouton sont des piles alcalines, mais Mn02 est remplacé par l’oxyde de mercure (HgO) ou l’oxyde d’argent (Ag20). La meilleure conductivité de ces matériaux, ainsi qu’une utilisation optimale des réactifs, améliorent l’énergie stockée par unité de volume, encore appelée énergie volumique.

Les piles au lithium

Le lithium, excellent conducteur de faible masse volumique, confère aux piles dont il constitue le pôle négatif une grande énergie volumique. Les piles au lithium de type bouton, de grande durée de vie, se trouvent notamment dans des appareils portables grand public (appareils photo, montre).

La pile à combustible

Le principe de fonctionnement de la pile à combustible (PAC) a été inventé en 1839 par W. Grove. Le dispositif est continûment alimenté en combustible, par exemple du dihydrogène dans une pile à hydrogène, et en dioxygène atmosphérique.

D’abord développée pour le domaine spatial, c’est la raréfaction et l’impact environnemental négatif des combustibles fossiles qui a suscité un regain d’intérêt pour ce mode de production d’énergie électrique.


Document 3 : production du dioxygène dans la station spatiale internationale

On peut également produire de l’oxygène grâce à l’électrolyse de l’eau, c’est-à-dire sa décomposition en hydrogène et en oxygène sous l’effet d’un courant électrique. Cette méthode est utilisée, notamment, pour alimenter en oxygène les sous-marins nucléaires et la Station spatiale internationale, qui disposent pour cela de l’énergie fournie par leurs réacteurs ou par des panneaux solaires.
Source : http://www.larecherche.fr/idees/back-to-basic/oxygene-01-04-2009-87967


Document 4 : vidéo d’une expérience

vidéo de l’électrolyse de l’eau à partir de la « manip aux grattounettes "

Documents joints