Relier une cellule électrochimique à une cellule électrolytique
L'électrolyse se produit lorsqu'une réaction redox non spontanée se produit lorsqu'une énergie électrique y est introduite. Une cellule électrochimique fonctionne en utilisant deux réactions redox pour faciliter le mouvement des électrons. Donc pour une pile alcaline, l'anode en zinc va s'oxyder et libérer des électrons, qui traverseront le circuit pour atteindre le manganèse ($\ce{MnO2}$) cathode, qui sera réduite, permettant à plus d'électrons de circuler à travers le circuit sans accumulation de charge électrique. Je suppose ici que les deux réactions sont spontanées et que l'accumulation d'électrons dans l'anode empêche la poursuite de l'oxydation du zinc lorsque le circuit est incomplet.$$\ce{Zn(s) + 2OH- (aq) \rightarrow ZnO(s) + H2O(l) +2e-} [E^\theta= 1.28V]$$ $$\ce{2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- \rightarrow Mn2O3(s) +2OH- (aq)}\ [E^\theta= 0.15V]$$
Si la pile alcaline est reliée à une cellule électrolytique, ne sera-t-elle pas simplement comme deux cellules électrochimiques travaillant en conjonction l'une avec l'autre? L'anode de zinc sera reliée à la cathode de la cellule électrolytique, puis la réaction redox qui s'ensuivra sera (probablement) spontanée. Donc "l'énergie électrique" mise dans la cellule électrolytique sera plutôt de l'énergie chimique?
Aussi, voyant que le $\ce{MnO2}$ la cathode a une relativement petite $E^\theta$valeur, ne sera-t-il pas difficile de déclencher l'oxydation de l'anode électrolytique? Lorsqu'elles sont connectées à la cellule électrolytique, la cathode et l'anode de la cellule électrochimique fonctionnent-elles désormais de manière totalement indépendante? Si tel est le cas, la tension de la batterie ne doit pas être prise en compte, mais plutôt les potentiels d'électrode de l'anode et de la cathode, mais ce n'est généralement pas le cas. Qu'est-ce que je ne comprends pas à ce sujet?
edit: Je pose des questions sur le mécanisme lorsqu'une cellule électrochimique est liée à une cellule électrolytique, pas sur les réactions se déroulant dans la cellule électrochimique elle-même, donc la question suggérée ne correspond pas tout à fait à la facture.
edit 2: Ajout d'une image pour mieux montrer mes doutes. Si la cellule galvanique est liée à une cellule électrolytique comme indiqué ici, l'anode galvanique et la cathode électrolytique sont liées et agissent apparemment comme une cellule séparée. On peut dire la même chose des deux autres électrodes. Si tel est le cas, l'anode galvanique et la cathode n'agissent-elles pas chacune indépendamment l'une de l'autre et, par conséquent, le potentiel d'électrode de la demi-cellule individuelle doit être pris en compte? S'ils sont réellement liés, comment?
Réponses
Vous semblez mélanger plusieurs choses. Une clarification importante concernant
Aussi, vu que la cathode MnO2 a un E relativement petit$^o$valeur, ne sera-t-il pas difficile de déclencher l'oxydation de l'anode électrolytique? Lorsqu'elles sont connectées à la cellule électrolytique, la cathode et l'anode de la cellule électrochimique fonctionnent-elles désormais de manière totalement indépendante?
Les potentiels d'électrode listés ne sont valables que dans des solutions relativement diluées dans des conditions très spécifiques. N'appliquez pas les demi-cellules sur une cellule sèche ou une cellule alcaline. En bref, ces chiffres ne sont pas significatifs pour une pile alcaline ou une pile sèche au carbone-zinc. Ces compositions cellulaires commerciales ne sont qu'un mélange magique, qui est plus un art qu'une science. La technologie des batteries n'est pas si banale. Pensez-vous pourquoi il n'y a pas beaucoup de types de batteries malgré 300 ans de recherche?
Si vous considérez une cellule galvanique telle que votre pile alcaline comme une simple pompe à eau, alors beaucoup de vos confusions disparaîtront. Son seul travail est de "faire circuler" les électrons. Lorsque vous connectez une cellule galvanique à une cellule électrolytique, l'anode et les cathodes ne peuvent plus être considérées comme indépendantes. Si la cellule galvanique pompe un électron, l'électron doit parcourir la cathode, l'anode et le circuit externe de la cellule électrolytique. Dans ce processus, quelque chose dans la cellule électrolytique doit se décomposer chimiquement!
Pour une cellule électrolytique, une cellule galvanique n'est rien d'autre qu'une source d'énergie.
Pour une cellule galvanique, une cellule électrolytique n'est rien d'autre qu'un circuit électronique alimenté.
L'anode / cathode de cellule galvanique ne forme pas avec la cathode / anode de cellule électrolytique une cellule séparée respective, car il n'y a pas d'écoulement ionique entre elles. De même pour un cas plus simple, 2 demi-cellules ne forment pas une cellule s'il n'y a pas de connexion ionique entre elles.
La raison en est simple, basée sur l'exigence de neutralité électrostatique et d'énormes forces entre les charges déséquilibrées. Imaginez que vous ayez réussi à pousser le courant 1 A pendant 20 s à travers le fil, sans être équilibré par un mouvement ionique. La charge déséquilibrée comparable provoque dans l'atmosphère un éclair de plusieurs kilomètres de long.