OS Corrige Redox

7/21/2019 OS Corrige Redox

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Lyce Denis-de-Rougemont OS Chimie - Corrig Redox

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Oxydorduction corrig des exercices

Table des matires

Oxydation et rduction, oxydants et rducteurs ................................................................... 2

Comment quilibrer les quations des ractions redox ....................................................... 6

Couples redox .................................................................................................................... 10

Dosages doxydorduction ................................................................................................. 13

Les piles lectrochimiques ................................................................................................. 15

Piles et accumulateurs ....................................................................................................... 20

Electrolyses ........................................................................................................................ 26


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Oxydorduction 1

Oxydation et rduction, oxydants et rducteurs

Rappel des rgles de calcul des nombres d'oxydation (NO)

1. Le NO d'un lment l'tat de corps simpleest gal zro.

2. Le NO d'un ion monoatomiqueest gal sa charge.

3. La somme des NO des atomes d'une molculeest gal zro.

4. La somme des NO des atomes d'un ion complexe est gal la charge du ioncomplexe.

5. Le NO de l'hydrogne est pratiquement toujours gal +I, sauf si la rgle n 1

prend le dessus (H2o NO = 0), ou si la rgle n 2 prend le dessus (par exempleNaH avec l'ion Ho NO = I).

6. Le NO de l'oxygne est pratiquement toujours gal II, sauf si la rgle n 1prend le dessus (O2o NO = 0), ou dans le cas de H2O2o la rgle n 5 est prise enconsidration, NO = +Ipour l'hydrogne, ce qui impose NO = Ipour l'oxygne par

la rgle n 3.

1

Compltez :

Une oxydation est !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Un oxydant est !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Un oxydant se!!!!!!!!!!!

alors qu'un rducteur!!!!!!!!!!!!

Une raction d'oxydorduction est une !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Rponses :

Une oxydation est une perte d'lectrons.Un oxydant est un accepteur d'lectrons.Un oxydant se rduitalors qu'un rducteur s'oxyde.Une raction d'oxydorduction est une raction de transfert d'lectrons.

2

Que vaut le nombre d'oxydation :

a) du fer dans Fe ?

b) du phosphore dans P4?

c) du soufre dans S8?

d) de carbone dans CH4?

e) du carbone dans CO2?

f) du chlore dans HClO4?

g) du carbone dans CO32-?

h) du phosphore dans PO43-?

i) du magnsium dans MgO ?


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j) du chlore dans MgCl2?

k) du sodium dans NaCl ?

l) du soufre dans Na2SO4?

Rponses :

a) Fe est sous forme de corps simple. La rgle n 1 impose un NO = 0.

b) P4est sous forme de corps simple. La rgle n 1 impose un NO = 0.

c) S8est sous forme de corps simple. La rgle n 1 impose un NO = 0.

d) La rgle n 5 impose un NO = +Ipour H. La rgle n 3 impose une somme des NO = 0

pour la molcule. 4 H +Idonne +4, compenser par 4.

Conclusion : le carbone a un NO = IV.

e) La rgle n 6 impose un NO = IIpour O. La rgle n 3 impose une somme des NO = 0

pour la molcule. 2 O IIdonne 4, donc compenser par +4.Conclusion : le carbone a un NO = +IV.

f) La rgle n 5 impose un NO = +Ipour H et la rgle n 6 impose un NO = IIpour O. La

rgle n 3 impose une somme des NO = 0 pour la molcule. 4 fois IIet 1 fois +Idonne7, compenser par +7.Conclusion : le chlore a un NO = +VII.

g) La rgle n 6 impose un NO = IIpour O. La rgle n 4 impose une somme des NO

correspondant la charge du ion, c'est--dire 2. 3 O II donne 6, donc compenser par +4 pour avoir une somme de 2.Conclusion : le carbone a un NO = +IV.

h) La rgle n 6 impose un NO = IIpour O. La rgle n 4 impose une somme des NOcorrespondant la charge du ion, c'est--dire 3. 4 O II donne 8, donc

compenser par +5 pour avoir une somme de 3.Conclusion : le phosphore a un NO = +V.

i) MgO est un corps ionique compos d'un ion Mg2+et d'un ion O2-. C'est la rgle n 2 quientre en ligne de compte.Conclusion : le magnsium a un NO = +II.

j) MgCl2est un corps ionique compos d'un ion Mg2+et de deux ions Cl. C'est la rgle

n 2 qui entre en ligne de compte.Conclusion : le chlore a un NO = I.

k) NaCl est un corps ionique compos d'un ion Na+et de d'un ion Cl. C'est la rgle n 2qui entre en ligne de compte.Conclusion : le sodium a un NO = +I.

l) Na2SO4 est un corps ionique compos de deux ions Na+ et d'un ion SO 42-. C'est la

rgle n 4 qui entre en ligne de compte : la somme des NO doit faire 2. La rgle n 6impose un NO = IIpour O. 4 O IIdonne 8, donc compenser par +6 pour avoir

une somme de 2.Conclusion : le soufre a un NO = +VI.


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3

a) Comment varie le nombre d'oxydation lors d'une rduction

b) L'quation : K K+ + ereprsente-t-elle une rduction ?

Rponses :

a) Le nombre d'oxydation diminuelors d'une rduction.

b) Non. En effet, K perd un lectron pour devenir positif. Le nombre d'oxydation passeainsi de 0 +I, donc augmente: il s'agit d'une oxydation.

4

Dterminez l'oxydant et le rducteur dans les oxydorductions suivantes :

a) 2 Na + Cl2 2 NaClb) SO2 + 2 H2S 3 S + 2 H2O

Rponses :

a) On attribue les nombres d'oxydations pour chaque lment gauche et droite del'quation :

0 0 +II

2 Na + Cl2 2 NaCl

Na passe de 0 +I, donc donne 1 lectron : Na est le rducteur.

Cl passe de 0 I, donc accepte 1 lectron : Cl2est l'oxydant.

b) On attribue les nombres d'oxydations pour chaque lment gauche et droite del'quation :

+IV II +I II 0 +I II

SO2 + 2 H2S 3 S + 2 H2O

S dans le SO2passe de +IV 0, donc accepte 4 lectrons : SO2est l'oxydant.

S dans H2S passe de II 0, donc donne 2 lectrons : H2S est le rducteur.


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5

Que vaut le nombre d'oxydation de l'azote dans les espces chimiques suivantes :

N2O5 N2 NH3 K3N NO3 LiNO2

a) Dans lesquelles l'azote est-il compltement oxyd ?b) Dans lesquelles l'azote est-il compltement rduit ?

c) Dans lesquelles l'azote peut-il jouer le rle d'oxydant ?

d) Dans lesquelles l'azote peut-il jouer le rle de rducteur ?

Rponses :

+V II 0 III +I +I III +V II +I +IIIII

N2O5 N2 NH3 K3N NO3

Li N O2

a) L'azote est compltement oxyd lorsqu'il a compltement vid sa dernire couchelectronique. C'est le cas lorsqu'il a un NO = +V, donc dans N2O5et NO3

.

b) L'azote est compltement rduit lorsqu'il a compltement rempli sa dernire couchelectronique. C'est le cas lorsqu'il a un NO = III, donc dans NH3et K3N.

c) L'azote peut jouer le rle d'oxydant uniquement s'il peut encore accepter des lectrons,donc pour tous les NO sauf NO = III. N est oxydant dans N2O5, N2, NO3et LiNO2.

d) L'azote peut jouer le rle de rducteur uniquement s'il peut encore donner deslectrons, donc pour tous les NO sauf NO = +V. N est rducteur dans N2, NH3, K3N etLiNO2.


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Oxydorduction 2

Comment quilibrer les quations des ractions redox

Equilibrez les quations suivantes l'aide des nombres d'oxydation et indiquez :

l'oxydation, la rduction, l'oxydant et le rducteur :

a) HPO3 + C P + CO + H2O

b) AsH3 + KClO4 H3AsO4 + KCl

c) AsH3 + KClO3 H3AsO4 + KCl

d) Sn + HNO3 SnO2 + H2O + NO2

e) HNO3 + H2S NO + H2O + H2SO4

f) Ag + HNO3 AgNO3 + H2O + NO

g) Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + H2O + NO2

h) CuO + NH3 Cu + N2 + H2O

i) Sb + HNO3 Sb2O5 + H2O + NO2

j) FeCl2 + KMnO4 + HCl FeCl3 + MnCl2 + KCl + H2O

k) H2C2O4 + H3O+ + MnO4

CO2 + Mn

2+ + H2O

l) Cl

+ H3O+ + NO3

NO + H2O + Cl2

Rponses :

HPO3est l'oxydant.C est le rducteur.

KClO4est l'oxydant.

AsH3est le rducteur.

b) AsH3 + KClO4 H3AsO4 + KCl

+IIII +VII +V III II

oxydation : 8 e

rduction : + 8 e

+I

+I

+I

a) 2HPO3 + 5C 2P + 5CO + H2O

+I II+V 0 0 +IIII +I II

oxydation : 2 e.5

rduction : + 5 e.2


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KClO3est l'oxydant.AsH3est le rducteur.

HNO3est l'oxydant.Sn est le rducteur.

HNO3est l'oxydant.H2S est le rducteur.

HNO3est l'oxydant.Ag est le rducteur.

! Sur les 4 HNO3, un seul est rduit. Les 3 autres HNO3 librent leur nitrate sanschange d'lectron pour former les 3 AgNO3.

c) 3AsH3 + 4KClO3 3H3AsO4 + 4KCl

+IIII +V +V III II

oxydation : 8 e.3

rduction : + 6 e.4

+I

+I

+I

d) Sn + 4HNO3 SnO2 + 2 H2O + 4NO2

+I II0 +V +IV +IVII+I II

oxydation : 4 e

rduction : + 1 e

.4

II

e) 8HNO3 + 3H2S 8NO + 4 H2O + 3H2SO4

II+V II +II +VIII

+I

II

oxydation : 8 e.3

rduction : + 3 e

.8

+I+I II +I

f) 3Ag + 4HNO3 3AgNO3 + 2 H2O + NO

II+V0 +I II +I II

ox dation : 1 e.3

rduction : + 3 e

+V +IIII+I


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HNO3est l'oxydant.Cu est le rducteur.

! Sur les 4 HNO3, 2 sont rduits. Les 2 autres HNO3 librent leur nitrate sanschange d'lectron pour former le Cu(NO3)2.

CuO est l'oxydant.NH3est le rducteur.

HNO3est l'oxydant.Sb est le rducteur.

! L'quilibre du transfert des lectrons conduit au multiple commun 5. Mais l'oxyded'antimoine Sb2O5 contient 2 Sb, ce qui implique une multiplication du nombre

d'lectrons transfrs par 2, donc un transfert de 5.2= 10lectrons. Ceci oblige multiplier les 5HNO3et les 5NO2par 2donnant 10HNO3et 10NO2.

g) Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2 H2O + 2NO2

+I II +IV0 +V +II II +I II

oxydation : 2 e

rduction : + 1 e.2

+V II

h) 3CuO + 2NH3 3Cu + N2 + 3 H2O

+III+II III 0 0 +I II

oxydation : 3 e.2

rduction : + 2 e.3

i) 2Sb + 10HNO3 Sb2O5 + 5 H2O + 10NO2

II+V0 +IV+V II +I II

oxydation : 5 e.2

rduction : + 1 e.5.2

+I II


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KMnO4est l'oxydant.FeCl2est le rducteur.

MnO4est l'oxydant.

H2C2O4est le rducteur.

! L'quilibre du transfert des lectrons conduit au multiple commun 5. Mais l'acideoxalique H2C2O4 contient 2 C, ce qui implique une multiplication du nombre

d'lectrons transfrs par 2, donc un transfert de 5.2= 10lectrons. Ceci oblige multiplier les 5CO2par 2donnant 10CO2, ainsi que le MnO4

et le Mn

2+par 2.

! Pour quilibrer le reste de l'quation, il faut tenir compte qu'il y a une charge de

+2 .2 = +4 droite, donc il faut obtenir la mme charge gauche de l'quation,

savoir (1 .2) + (+1 .6) = +4. Cela implique 6H3O+. Finalement, pour quilibrer les

hydrognes, il faut 14 H2O. Le nombre des oxygnes est de 34 des deux cts.

NO3est l'oxydant.

Clest le rducteur.

! Le chlore gazeux est form de 2Cl, ce qui implique une multiplication du nombre

d'lectrons transfrs par 2, donc un transfert de 1 .2= 2lectrons. Ensuite, onquilibre le transfert des lectrons avec le multiple commun 6, ce qui donne 6Clet3Cl2, ainsi que 2NO3

et 2NO.

! Pour quilibrer le reste de l'quation, il faut tenir compte qu'il n'y a pas de charge de

droite. Donc, gauche de l'quation, il faut (1 .6) + (1 .2) + (+1 .8) = 0. Celaimplique 8H3O

+. Finalement, pour quilibrer les hydrognes, il faut 12 H2O. Le

nombre des oxygnes est de 14 des deux cts.

) 5FeCl2 + KMnO4 + 8 HCl 5FeCl3 + MnCl2 + KCl + 4 H2O

II+VII +IIII +I II

oxydation : 1 e.5

rduction : + 5 e

+I

+III +I I +I I+III

k) 5H2C2O4 + 6 H3O+ + 2MnO4

10CO2 + 2Mn

2+ + 14 H2O

+I II+VII +IV +IIII +I II

oxydation : 1 e.5.2

rduction : + 5 e

.2

+IIIII+I II

l) 6Cl + 8 H3O+ + 2NO3

2NO + 12 H2O + 3Cl2

II+VI 0+I II

oxydation : 1 e.2.3

rduction : + 3 e.2

II+II+I II


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Oxydorduction 3

Couples redox

A l'aide d'un tableau de couples redox, indiquez l'quation de chacune des ractions

suivantes :

1. On jette un morceau de sodium dans l'eau.

Rponse :

Le couple Na/Na+est au-dessus du couple H2/H2O dans le tableau. Donc, c'est H2O quipeut oxyder Na.Le rducteur est Na, qui s'oxyde en Na+.L'oxydant est H2O qui va se rduire en H2et OH

.

L'quation de l'oxydation est : Na Na+

+ e

L'quation de la rduction est : 2 H2O + 2 e

H2 + 2 OH

Aprs combinaison : 2 Na + 2 H2O 2 Na+ + H2 + 2 OH

2. On jette un morceau de zinc dans une solution aqueuse de HCl.

Rponse :

Le couple Zn/Zn2+ est au-dessus du couple H2/H+ dans le tableau. Donc, c'est H+ de

l'acide qui peut oxyder Zn.Le rducteur est Zn, qui s'oxyde en Zn2+.L'oxydant est H+qui va se rduire en H2.

L'quation de l'oxydation est : Zn Zn2+ + 2 e

L'quation de la rduction est : 2 H+ + 2 e H2

(2 H+ + 2 Cl + 2 e H2 + 2 Cl)

Aprs combinaison : Zn + 2 H+ Zn2+ + H2

3. On jette un morceau de cuivre dans une solution aqueuse de HCl.

Rponse :

Le couple H2/H+est au-dessus du couple Cu/Cu2+dans le tableau. Ainsi, pas de raction

avec H+. Pas de raction possible non plus avec Cl

, puisque le couple Cl

/Cl2 est en

dessous de Cu/Cu2+.

Donc pas de raction.


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4. On jette un morceau de cuivre dans une solution aqueuse de HNO3.

Rponse :

Le couple Cu/Cu2+

est au-dessus du couple NO/NO3

dans le tableau (on prend le plusgrand cart possible entre les E). Donc, c'est NO

3

qui peut oxyder Cu.Le rducteur est Cu, qui s'oxyde en Cu2+.L'oxydant est NO3

qui va se rduire en NO et H2O.

L'quation de l'oxydation est : Cu Cu2+

+ 2 e

L'quation de la rduction est : NO3

+ 4 H+ + 3 e

NO + 2 H2O

Aprs combinaison : 3 Cu + 2 NO3 + 8 H+ 3 Cu2+ + 2 NO + 4 H2O

Rermarque : Comment expliquer l'apparition de NO2, la vapeur brune observeexprimentalement ?

On voit dans le Formulaire et Tables qu'au potentiel E = 0,81 V, il y a galement uneformation possible de ce gaz :

NO3 + 2 H+ + e NO2 + H2O.

Mais NO2 en prsence de NO3 ragit son tour en devenant un rducteur pour l'ion

nitrate, se retransformant en NO3

qui de son ct se rduit en NO.

En fait, les deux ractions ont lieu, mais comme NO2 est gazeux, il sort du milieuractionnel et peut ainsi tre observ, car n'tant plus en prsence de NO3

, il ne peut plusse roxyder.

5. On jette un morceau de zinc dans une solution aqueuse de AgNO3.

Rponse :

Le couple Zn/Zn2+

est au-dessus du couple Ag/Ag+dans le tableau. Donc, c'est Ag

+qui

peut oxyder Zn. Mais le couple NO/NO3est encore plus en dessous. Donc, selon l'cart

des potentiels redox, c'est ce dernier qui va ragir avec le zinc.Le rducteur est Zn, qui s'oxyde en Zn2+.L'oxydant est NO3

qui va se rduire en NO.

L'quation de l'oxydation est : Zn Zn2+ + 2 e

L'quation de la rduction est : NO3 + 4 H+ + 3 e NO + 2 H2O

Aprs combinaison : 3 Zn + 2 NO3 + 8 H+ 3 Zn2+ + 2 NO + 4 H2O

Remarque : L'argent peut se rduire pendant le processus, puisque le couple Ag/Ag+est

au-dessous dans le tableau des couples redox, donc deux ractions auront lieu au dbut, savoir la rduction de l'argent et la rduction de NO3

. Mais Ag sera oxyd par lesnitrates encore en solution, donc l'argent mtallique ne sera pas observable au final.


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6. On mlange de l'eau de chlore (Cl2) avec une solution aqueuse de KBr.

Rponse :

Le couple Br

/Br2est au-dessus du couple Cl/Cl2dans le tableau. Donc, c'est Cl2qui peut

oxyder Br.Le rducteur est Br, qui s'oxyde en Br2.L'oxydant est Cl2qui va se rduire en Cl

.

L'quation de l'oxydation est : 2 Br

Br2 + 2 e

L'quation de la rduction est : Cl2 + 2 e 2 Cl

Aprs combinaison : 2 Br + Cl2 Br2 + 2 Cl

7. On mlange de l'eau de brome (Br2) avec une solution aqueuse de NaI.

Rponse :

Le couple I

/I2est au-dessus du couple Br/Br2dans le tableau. Donc, c'est Br2qui peut

oxyder I.Le rducteur est I, qui s'oxyde en I2.L'oxydant est Br2qui va se rduire en Br

.

L'quation de l'oxydation est : 2 I

I2 + 2 e

L'quation de la rduction est : Br2 + 2 e 2 Br

Aprs combinaison : 2 I

+ Br2 I2 + 2 Br

8. On mlange de l'eau d'iode (I2) avec une solution aqueuse de KBr.

Rponse :

Le couple I/I2 est au-dessus du couple Br/Br2 dans le tableau. Ainsi, Br

ne peut pasoxyder I2.

Donc pas de raction.

9. On mlange une solution aqueuse acidifie de permanganate de potassium avec unesolution aqueuse de sulfate de fer(II).

Rponse :

Le couple Fe2+/Fe3+ est au-dessus du couple Mn2+/MnO4 dans le tableau. Donc, c'est

MnO4qui peut oxyder Fe2+.

Le rducteur est Fe2+

, qui s'oxyde en Fe3+

.L'oxydant est MnO4

qui va se rduire en Mn2+.

L'quation de l'oxydation est : Fe2+ Fe3+ + e

L'quation de la rduction est : MnO4 + 8 H+ + 5 e Mn2+ + 4 H2O

Aprs combinaison : 5 Fe2+ + MnO4 + 8 H+ 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O


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Oxydorduction 4

Dosages doxydorduction

1

On pse 1,0 g de sulfate de fer(II) impur. On le dissout dans un peu d'eau et on acidifie lasolution l'aide d'acide sulfurique et on ajoute la solution de permanganate. La colorationrose persistante est obtenue lorsque nous avons ajout 24,5 mL d'une solution depermanganate de potassium 0,025 M. Calculez la masse de sulfate de fer(II) dans 1,0 gde sulfate de fer impur.

Rponse :

Equation redox :

Oxydation : Fe

2+

Fe

3+

+ e

(x5)Rduction : MnO4

+ 8 H

+ + 5 e

Mn

2+ + 4 H2O (x1)

Bilan : 5 Fe2+ + MnO4 + 8 H+ 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O

On connat : La masse du rducteur impur : 1,0 g

La concentration de l'oxydant : Cox= 0,025 mol!L-1

On mesure : Le volume d'oxydant : Vox= 24,5 mL = 0,0245 L

On calcule : Le nombre de moles d'oxydant : nox = Cox"Vox = 6,125"10#4

molLe nombre de moles de rducteur seul : n

red = 5n

ox = 3,0625 "10

#3mol

La masse du rducteur sans les impurets : mred = n

red"M

FeSO4

=

= 3,0625"10#3"151,91 = 0,465 g

2

L'anion thiosulfate (S2O32-) est un rducteur capable de rduire l'iode (I2) en anions iodure.

a) Etablissez l'quation de la raction sachant qu'en librant deux lectrons, deux anionsthiosulfate se transforment en un anion ttrathionate (S4O62-).

b) Les solutions d'ions I

, S2O32-

et S4O62-

sont incolores. Celles d'iode sont jaunes oubrunes suivant la concentration.

La coloration brune du iode disparaissant au contact des ions thiosulfate, on peut utilisercette raction pour doser le iode. Ds que l'on dpasse le point d'quivalence la solutionse dcolore puisque toutes les molcules d'iode sont consommes.

Pour rendre ce dosage plus prcis, on utilise un indicateur de fin de raction, l'empoisd'amidon. Celui-ci forme avec l'iode un compos de couleur bleue. Cet indicateur estutilis en faible quantit quand la solution d'iode est devenue trs ple, juste avantl'quivalence.


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On prlve un volume Vox= 20 mL d'une solution d'iode doser. La coloration bleue estobtenue lorsque nous avons ajout 16,0 mL d'une solution de thiosulfate 0,12 mol"L-1.

Quelle est la concentration de la solution d'iode ?

Rponse :

Equation redox :

Oxydation : 2 S2O32-

S4O62-

+ 2 e (x1)

Rduction : I2 + 2 e

2 I

(x1)

Bilan : 2 S2O32- + I2 S4O6

2- + 2 I

On connat : Le volume de l'oxydant : Vox= 20 mL = 0,020 L

La concentration du rducteur (S2O32-) : Cred= 0,12 mol!L

-1

On mesure : Le volume du rducteur : Vred= 16,0 mL = 0,016 L

On calcule : Le nombre de moles du rducteur : nred

= Cred

" Vred

= 0,00192 mol

Le nombre de moles de l'oxydant (I2) : nox = nred

2 = 0,00096 mol

La concentration de l'oxydant : Cox = nox Vox = 0,048mol!L-1


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Oxydorduction 5

Les piles lectrochimiques

1

Pile plomb argent

On dsire mesurer la tension vide aux bornes dune pile plomb argent.

a. Expliquez comment procder.

b. Faites un schma de la pile en indiquant ses ples positif et ngatif.

c. Indiquez les ractions aux lectrodes.

d. Indiquez la valeur de la diffrence de potentiel indique par le voltmtre.

Rponses :

a. Pour mesurer la tension vide dune pile plomb argent, il faut prparer deuxdemi-piles spares par un pont lectrolytique (cf. schma au point b).

On remplit la premire demi-pile avec une solution aqueuse de nitrate de plombPb(NO3)21 mol!L

-1et la deuxime demi-pile avec une solution aqueuse de nitratedargent AgNO3 1 mol!L

-1. On place une lectrode de plomb dans la solution de

nitrate de plomb et une lectrode dargent dans la solution de nitrate dargent.Finalement, on place un pont lectrolytique entre les deux demi-piles. Llectrodede plomb est branche sur la borne ngative dun voltmtre et llectrode dargentsur la borne positive du voltmtre et lon mesure la tension.

b. Schma de la pile :

Pb / Pb2+

// Ag+/ Ag

c. Les ractions aux lectrodes sont :

A lanode ( ), oxydation : Pb Pb2+ + 2 e

A la cathode ( ), rduction : Ag+ + e Ag

d. Le couple Pb/Pb2+est 0,13 V et le couple Ag/Ag+ 0,8 V. Le voltmtre indiqueradonc la tension U = 0,93 V.


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2

Pile zinc argent

Une lame de Zn est plonge dans 100 mL dune solution de ZnSO41 mol"L-1et une lame

de Ag dans 100 mL dune solution de AgNO31 mol"L-1

.

a. Schmatisez cette pile. Quelles sont les lectrodes ngative et positive de cettepile ?

b. Ecrivez les quations des demi-ractions chaque lectrode de la pile en prcisantsi cest lanode ou la cathode.

c. Dterminez la tension vide entre les deux lectrodes.

d. Quelle est la variation de la masse de llectrode ngative lorsquon mesure undpt de 108 mg sur la lame dargent.

Rponses :

a. Schma de la pile :

Zn / Zn2+// Ag+/ Ag

Electrode ngative (anode) : zinc.Electrode positive (cathode) : argent.

b. Les ractions aux lectrodes sont :

A lanode ( ), oxydation : Zn Zn2+ + 2 e

A la cathode ( ), rduction : Ag+ + e Ag

c. Le couple Zn/Zn2+

est 0,76 V et le couple Ag/Ag+

0,8 V. Donc, la tension videU = 1,56 V.

d. Il faut dabord crire lquation globale de loxydorduction en lquilibrant :

Zn + 2 Ag+ Zn2+ + 2 Ag

Ainsi, on voit que lorsque 2 moles dargent se dpose sur la lame de Ag, une seulemole de zinc est dissoute de la lame de Zn. Dabord, on calcule le nombre de molesde Ag correspondant 108 mg (0,108 g) :

nAg

=

mAg

MAg=

0,108

107,87

= 0,001001mol de Ag


17/31


- 17 -

Ensuite, on calcule le nombre de moles de Zn et finalement la massecorrespondante de zinc :

nZn =1

2nAg =

1

20,001001= 5,005 "10#4mol

mZn

=nZn

!MZn

= 5,005 !10"4

!65,39 = 0,03273 g (32,73 mg)

3

Pile fer tain

Soit la pile : Fe / Fe2+// Sn2+/ Sn

a. Quels sont les ples positif et ngatif de cette pile ?

b. Ecrivez les demi-ractions aux lectrodes et lquation bilan.

c. Quelles sont les concentrations finales en ions Fe2+ et Sn2+ si chaque demi-pilecontient au dpart 50 mL de solutions 0,1 mol"L-1et si la lame de fer a diminu de28 mg ?

Rponses :

a. Ple ngatif : fer (anode).Ple positif : tain (cathode).

b. A lanode ( ), oxydation : Fe Fe2+ + 2 e

A la cathode ( ), rduction : Sn2+ + 2 e Sn

Raction globale : Fe + Sn2+ Fe2+ + Sn

c. Lquation globale nous montre que si 1 mol de fer est dissoute, 1 mol dtain sedpose. La solution en ions Fe

2+ va augmenter du nombre quivalent de moles

datomes de fer dissous et la solution en ions Sn2+va diminuer dautant.

nFe

=

mFe

MFe

=

0,028

55,85= 5,013 !10

"4mol

On calcule le nombre de moles initiales de Fe2+dans les 50 mL de solution :

nFe

2+

0= C

0" V = 0,1"0,050 = 0,005

molOn calcule le nombre total de moles aprs la dissolution du fer :

nFe

2+ = 0,005+ 5,013 "10#4= 0,0055013mol

" CFe2

+ =

0,0055013

0,050= 0,1100 mol!L-1

Le nombre de mole dtain est identique celui du fer avant la raction, ce qui nouspermet de calculer la diminution de concentration :

nSn

2+ = 0,005"5,013 #10"4= 0,0044987mol

" CSn2

+ =0,0044987

0,050= 0,08997mol!L-1


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- 18 -

4

Pile zinc nickel

a. Faites le schma de cette pile en indiquant ses ples positif et ngatif.

b. Ecrivez les demi-ractions doxydation et de rduction en prcisant quellelectrode elles ont lieu.

c. Avant son utilisation, une pile contient 20 mL de NiSO41 mol"L-1, 20 mL de ZnSO4

1 mol"L-1

, une lame de nickel de 5,87 g et une lame de zinc de 1,00 g.Dterminez le nombre de moles de chaque corps initialement, puis ce qui restedans la pile lorsque la lame de Zn pse 0,5 g.

Rponses :

a. Schma de la pile :

Zn / Zn2+

// Ni2+

/ Ni

b. A lanode ( ), oxydation : Zn Zn2+ + 2 e

A la cathode ( ), rduction : Ni2+ + 2 e Ni

c. Le principe de calcul est le mme que celui de la question 3. La concentration ensulfate de zinc augmente et celle de sulfate de nickel diminue.

On crit lquation globale : Zn + Ni2+

Zn2+

+ Ni

On calcule le nombre de moles initiales de chaque corps :

nZnSO40

= nZn2+0

= C0" V =1" 0,020 = 0,020 mol = nNiSO40

nZn

0=

mZn

MZn

=

1,00

65,39= 0,01529 mol

nNi

0=

mNi

MNi

=

5,87

58,69= 0,1000 mol

On calcule le nombre de moles de zinc qui se dissolvent :

nZndissous

2+ =

1"0,5

65,39= 0,007646mol


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- 19 -

On calcule le nombre total de moles aprs la dissolution du zinc :

nZn

2+ = 0,020+ 0,007646 = 0,027646mol

" CZn

2+ =

0,027646

0,020=1,3823mol!L-1

Le nombre de mole de sulfate de nickel est identique celui du sulfate de zincavant la raction, ce qui nous permet de calculer la diminution de concentration enions Ni

2+:

nNi

2+ = 0,020"0,007646 = 0,012354mol

" CNi2

+ =

0,012354

0,020= 0,6177mol!L-1

Finalement, on calcule la nouvelle masse de la lame de nickel :

nNi = 0,1000+ 0,007646 = 0,107646mol

mNi = nNi"Mr = 0,107646" 58,69 = 6,32g

Rsum du contenu de la pile la fin de la raction :

CZn

2+ = CZnSO4 =1,3823mol!L-1

CNi

2+ = CNiSO4 = 0,6177 mol!L-1

mNi =

6,32 g

mZn = 0,50 g


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- 20 -

Oxydorduction 6

Piles et accumulateurs

1

a. Une pile saline Leclanch contient 1,13 g de MnO2. Quelle est la masse de zincconsomme lorsquil ne reste que la moiti du dioxyde de manganse ?

b. On remplace le godet en zinc par du fer. Quelle est la masse de fer utilise ?

Rponses :

a. Dabord, il faut crire lquation redox globale.

Oxydation : Zn Zn2+ + 2 e

Rduction : MnO2 + e + H+ MnO(OH)

Equation globale : Zn + 2 MnO2 + 2 H+

Zn2+

+ 2 MnO(OH)Lquation globale nous montre quon consomme deux foix moins de zinc que doxydede manganse. Il ne reste plus qu rsoudre le problme par la stchiomtrie.

Calcul du nombre de moles de la masse de MnO2 consomm, qui correspond lamoiti de 1,13 g :

nMnO

2

=

m

M=

0,565

86,94=6,499 !10

"3mol

Calcul du nombre de moles de zinc consomm, selon les coefficients de lquationglobale :

nZn =nMnO2

2=6,499 "10#3

2= 3,249 "10

#3 mol

Calcul de la masse correspondante du zinc qui a t consomm :

mZn

=nZn

!MZn

= 3,249 !10"3

!65,39 = 0,2125 g

b. Avec le fer, il y a deux possibilits doxydation :

Fe Fe2+ + 2 e

Fe Fe3+

+ 3 e

Il faut trouver laquelle des deux oxydations qui aura lieu dans la pile. Le tableau despotentiels standards du Formulaire nous permet de dpartager les deux oxydations. Lapremire demi-raction a un potentiel E = 0,41 V et la deuxime, E = 0,036 V.Loxyde de manganse MnO2ne figure pas dans le Formulaire, mais il est forcmenten dessous, puisque la raction a lieu (rgle du Z ). On a vu que lcart le plusgrand (la diffrence de potentiel la plus grande) est nergtiquement le plus favorable.On choisit donc la demi-raction doxydation la plus haute dans le tableau, savoir lapremire : le fer soxyde en fer-(II).

En rsum, nous avons la situation suivante :

Oxydation : Fe Fe2+ + 2 e

Rduction : MnO2 + e + H+ MnO(OH)

Equation globale : Zn + 2 MnO2 + 2 H+ Zn2+ + 2 MnO(OH)


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- 21 -

Lquation globale nous montre une nouvelle fois quon consomme deux foix moins demtal (dans ce cas le fer) que doxyde de manganse. Il ne reste plus qu rsoudre leproblme par la stchiomtrie.

Calcul du nombre de moles partir de la masse de MnO2 consomm, ce quicorrespond la moiti de 1,13 g :

nMnO

2

=

m

M=

0,565

86,94=6,499 !10

"3mol

Calcul du nombre de moles de fer consomm, selon les coefficients de lquationglobale :

nFe =

nMnO2

2=

6,499 "10#3

2= 3,249 "10

#3mol

Calcul de la masse correspondante du fer qui a t utilis :

mFe

=nFe

!MFe

= 3,249 !10"3

!55,85 = 0,1815 g

2

Une pile bouton contient 1,85 g doxyde dargent.

a. Ecrivez les ractions doxydation et de rduction entre les couples Ag / Ag2O(E = 0,34 V) et Zn / Zn(OH)4

2-(E = 1,20 V).

b. Quelle est la tension vide fournie par la pile ?

c. Quelle est la masse de Zn qui disparat pendant le fonctionnement de la pile ?

Rponses :

a. La raction doxydation est attribue au couple qui possde E le plus petit (rgle du Z ), donc Zn / Zn(OH)4

2-:

Oxydation : Zn + 4 OH [Zn(OH)4]2- + 2 e

Rduction : Ag2O + H2O + 2 e 2 Ag + 2 OH

b. La tension vide de cette pile est : !E = 1,54 V.

c. Pour calculer la masse de Zn qui disparat, il faut faire un peu de stchiomtrie.Dabord, il faut crire lquation globale de la raction.

Equation globale : Zn + Ag2O + H2O + 2 OH 2 Ag + [Zn(OH)4]2-

On calcule le nombre de moles doxyde dargent disposition :

nAg

2O =

m

M=

1,85

231,74= 7,983 !10"3 mol

Lquation chimique de la raction redox nous montre que pour une mole de Ag2O, il ya galement une mole de zinc qui ragit :

nZn = nAg2O = 7,983 "10#3 mol

Nous pouvons ainsi trouver, par conversion en retour du nombre de moles, la masse

de zinc consomme :

mZn

=nZn

!MZn

= 7,983 !10"3

!65,39 = 0,5220 g


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- 22 -

3

Dans une pile au lithium, llectrolyte est une solution de LiCl dans SO2 liquide. Sonfonctionnement met en jeu les couples : Li / Li

+et SO2/ S2O4

2-.

a. Ecrivez les quations des ractions aux 2 ples, puis lquation globale.

b. Si la pile contient 16 g de lithium, quelle masse minimale de SO2doit-elle avoir ?

Rponses :

a. La raction doxydation est attribue au couple qui possde E le plus petit (rgle du Z ), donc Li / Li

+:

Oxydation : Li Li+ + e

Pour trouver le nombre dlectrons changs entre SO2 et S2O42-, il faut calculer le

nombre doxydation (NO) du soufre dans la molcule et dans lion complexe.

Dans SO2, NO = +IVDans S2O4

2-, NO = +III

On voit donc que latome de soufre est rduit en librant 1 e

. En quilibrant lessoufres, on obtient :

Rduction : 2 SO2 + 2 e S2O4

2-

Finalement, en quilibrant les changes dlectrons, on trouve :

Equation globale : 2 Li + 2 SO2 2 Li+ + S2O4

2-

b. Pour calculer la masse minimale de SO2 mettre dans la pile, on utilise la mme

mthode que lexercice prcdent.

On calcule le nombre de moles de lithium disposition :

nLi =

m

M=

16

6,94=2,305 mol

Lquation chimique de la raction redox nous montre que pour deux moles de Li, il y agalement deux moles de SO2qui ragissent, donc une quantit quimolaire :

nLi = nSO2 = 2,305mol

Nous pouvons ainsi trouver, par conversion en retour du nombre de moles, la masse

minimale ncessaire de SO2:

mSO

2

= nSO

2

!MSO

2

=2,305 !64,06 =147,69 g


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- 23 -

4

Pile au magnsium. Cest une pile Mg MnO2 utilise par les militaires. Cette pilefonctionne comme la pile Leclanch en remplaant Zn par Mg.

a. Ecrivez les quations des ractions aux 2 ples, puis le bilan de fonctionnement de la

pile.

b. Donnez la tension aux bornes de cette pile. MnO2/ MnO(OH) : E = 1,01 V.

Rponses :

a. La raction doxydation est attribue au couple qui possde E le plus petit (rgle du Z ), donc Mg / Mg2+(E = 2,37 V) :

Oxydation : Mg Mg2+ + 2 e

Rduction : MnO2 + H+ + e MnO(OH)

Finalement, en quilibrant les changes dlectrons, on trouve le bilan defonctionnement de la pile :

Equation globale : Mg + 2 MnO2 + 2 H+ Mg2+ + 2 MnO(OH)

b. La tension vide de cette pile est : !E = 3,38 V.

5

En 1936, on dcouvrit en Irak une pice archologique denviron 2000 ans, constituedun vase de terre cuite contenant un tube de cuivre recouvert doxyde de cuivre(II). Alintrieur du tube se trouvait un tube de fer isol du cuivre par un bouchon. Daprs les

archologues, cet objet pourrait tre la premire pile.a. Quels seraient les ples positif et ngatif ?

b. A quoi servait le bouchon ?

c. Quel liquide faudrait-il mettre dans le vase en terre cuite pour que la pile fonctionne :de leau, du vinaigre ou de lhuile ?

d. Ecrivez les quations doxydation et de rduction.

Rponses :

a. Daprs lchelle des potentiels redox, le couple Fe / Fe2+est 0,41 V et le couple

Cu / Cu2+ 0,34 V. Daprs la rgle du Z , cest le fer qui est oxyd et le cuivre quiest rduit. Loxydation a lieu au ple ngatif. On a donc le fer au ple ngatif et lecuivre au ple positif.

b. Le bouchon servait disolant entre le fer et le cuivre, pour viter le court-circuit.

c. Le seul liquide possible est le vinaigre. En effet, pour que la pile fonctionne, il faut desions dans le pont salin, donc dans le bouchon. Seul le vinaigre contient des ions ensolution, puisquil sagit dacide actique dans de leau. Les ions introduits dans lebouchon seront H3O

+et CH3COO.

d. Oxydation : Fe Fe2+ + 2 e

Rduction : CuO + 2 H+ + 2 e Cu + H2O


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- 24 -

6

Expliquez les ractions qui ont lieu aux 2 ples lorsquune pile Zn air fonctionne. Quelest le volume doxygne utilis 20 C et 98'000 Pa lorsque 0,658 g de zinc ont tconsomm ?

Rponse :

Ple ngatif (oxydation) : Zn + 2 OH

ZnO + H2O + 2 e

Ple positif (rduction) : O2 + 2 H2O + 4 e 4 OH

Equation globale : 2 Zn + O2 2 ZnO

Il faut donc deux fois plus de zinc que de dioxygne lors de la raction lectrochimique.On calcule le nombre de moles doxygne qui vont ragir par stchiomtrie.

On calcule le nombre de moles de zinc disposition :

nZn

= mM

= 0,65865,39

= 0,01006 mol

Lquation chimique de la raction redox nous montre que pour deux moles de Zn, il y aune mole de dioxygne qui ragit :

nO2 =nZn

2= 0,005031mol

On calcule le volume de O2correspondant par la loi des gaz parfaits :

V =nRT

P

=

0,005031"8,31"293

98000

=1,250 "10#4 m

3(0,1250 L)

7

Ecrivez les quations doxydation et de rduction aux bornes positive et ngative dunepile loxyde de mercure dont le symbole est :

Zn / Zn(OH)42-

// KOH // HgO / Hg

Rponses :

Ple ngatif (oxydation) : Zn + 4 OH Zn(OH)42- + 2 e

Ple positif (rduction) : HgO + H2O + 2 e Hg + 2 OH


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- 25 -

8

Soit la pile suivante :

Cu / Cu2+// Fe3+/ Fe2+

Calculez la lecture prvue du voltmtre pour cette pile 25 C.

Rponse :

Dtermination de !E de la pile :

Le sens du dplacement des lectrons illustr dans la donne nous permet de situerlanode et la cathode.

Anode (oxydation) : Cu Cu2+

+ 2 e

Cathode (rduction) : Fe3+ + e Fe2+

Raction globale : Cu + 2 Fe3+

Cu2+

+ 2 Fe2+

f.e.m = !E = E (cathode) E (anode) = 0,771 0,340 = 0,431 V

Pour avoir la tension relle de la pile, on doit utiliser lquation de Nernst :

E =E +0,0591

nlog

Cox

Cred

On calcule le potentiel pour chaque demi-pile :

Anode : E = 0,340+0,0591

2log

0,5

1= 0,3311 V

Cathode : E = 0,771+0,0591

1log

0,2

0,1= 0,7888 V

Enfin, on calcule la tension de la pile :

f.e.m = !E = E (cathode) E (anode) = 0,7888 0,3311 = 0,4577 V


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Oxydorduction 7

Electrolyses

1

On ralise llectrolyse de 100 mL dune solution de AgNO30,1 mol"L-1

entre 2 lectrodesde graphite.

Au bout de 15 minutes, on retire la cathode et on la pse aprs lavoir sche. Onconstate une augmentation de 0,45 g.

a. Quelles sont les espces prsentes dans la solution ? Ecrivez les quationsdoxydation et de rduction puis le bilan de llectrolyse.

b. Quelle est la tension vide ?

c. Dterminez la concentration finale en ion Ag+de la solution.

Rponses :

a. Dans la solution, on a les espces suivantes : Ag+, NO3, H2O.

A lanode, loxydation fait intervenir le rducteur dont E est le plus petit :

2 H2O 4 H+ + O2 + 4 e

E = 1,23 V

(pas de raction possible avec NO3)

A la cathode, la rduction fait intervenir loxydant dont E est le plus grand :

2 H2O + 2 e

2 OH

+ H2 E = 0,83 V

Ag+ + e Ag E = 0,8 V

Cest la raction avec largent qui aura lieu.

Bilan de llectrolyse :

2 H2O + 4 Ag+ 4 H+ + O2 + 4 Ag

b. La tension vide est : !E = 0,43 V.

c. En fait, la pese nous indique quil y a 0,45 g dargent qui sest dpos. Pour trouver laconcentration finale en ions Ag+, il faut savoir combien de ions ont t retirs de lasolution, savoir le nombre datomes de Ag dposs sur llectrode de graphite :

nAg+

= nAg

=m

M=

0,45

107,87=4,172 !10

"3 mol

On a 100 mL de solution. Donc, avant llectrolyse, on avait :

nAg+

= C "V = 0,1"0,100 = 0,01mol

Aprs llectrolyse, il reste donc :

nAg

+ aprs l.

= nAg

+ "nAg

+ = 0,01" 4,172 #10"3= 5,828 #10"3 mol

CAg+

= nV= 5,828 "10

#3

0,100= 0,05828mol!L

-1


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- 27 -

2

On lectrolyse 100 mL dune solution de NiCl21 mol"L-1entre des lectrodes de graphite.

La masse de la cathode augmente de 0,59 g.

a. Ecrivez les quations doxydation et de rduction aux lectrodes.

b. Quel est le volume du gaz obtenu lanode 20 C et 99'000 Pa ?

Rponses :

a. Dans la solution, on a les espces suivantes : Ni2+, Cl, H2O.


2 H2O 4 H+ + O2 + 4 e

E = 1,23 V

2 Cl Cl2 + 2 e E = 1,36 V

A la cathode, la rduction fait intervenir loxydant dont E est le plus grand :

2 H2O + 2 e

2 OH

+ H2 E = 0,83 V

Ni2+

+ 2 e

Ni E = 0,23 V

Cest la raction avec le nickel qui aura lieu.


2 H2O + 2 Ni2+ 4 H+ + O2 + 2 Ni

b. Lquation lectrochimique nous montre que le gaz obtenu est de loxygne O2. On saitque 0,59 g de nickel sest dpos la cathode. Cela permet de calculer le nombre demoles de O2produites :

2 H2O + 2 Ni2+

4 H+ + O2 + 2 Ni

m / g --- 0,59

M / g.mol-1

--- 58,69

n / mol 0,005026 0,01005

Par stchiomtrie, on trouve nO2 = 0,005026mol.

Par la loi des gaz parfaits, on calcule le volume correspondant :

4

10236,199000

29331,8005026,0

P

nRT

V !

"=

""

==

m3

(0,1236 L)

3

On ralise llectrolyse de lalumine Al2O3fondu pour obtenir de laluminium.

a. Ecrivez les quations doxydation et de rduction, puis lquation bilan.

b. Quel est le volume doxygne dgag pendant llectrolyse dune mole de Al2O3sachant que son volume molaire est de 101,7 L dans les conditions de la raction.

c. La bauxite, minerai daluminium contient environ 55 % dalumine. Calculez la masse de

bauxite utilise pour la fabrication dune tonne daluminium.


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- 28 -

Rponses :

a. A lanode, il y a loxydation des ions oxydes :

2 O2-

O2 + 4 e

A la cathode, il y a la rduction des ions aluminium :

Al3+ + 3 e Al


6 O2- + 4 Al3+ 3 O2 + 4 Al

b. Une mole de Al2O3libre 2 moles dions Al3+:

6 O2-

+ 4 Al3+

3 O2 + 4 Al

m / g --- ---

M / g.mol-1

--- ---

n / mol 2,00 1,500

Par stchiomtrie, on trouve nO2 =1,500mol.

Connaissant le volume molaire Vm, on trouve :

V = n " Vm =1,500 "101,7 =152,55 L

c. Par stchiomtrie, on calcule la masse dalumine pour produire 1 tonne daluminium :

2 Al2O3 3 O2 + 4 Al

m / g 1,890!106 106

M / g.mol-1 101,96 26,98

n / mol 1,853!104 3,706!104

Il faut donc 1,890 tonnes dalumine pour produire une tonne daluminium.

Sachant quil y a 55 % dalumine dans le minerai, on trouve la masse de bauxite :

1,890 tonnes 55 % du minerai

3,436 tonnes 100 % du minerai

Conclusion : il faut 3,436 tonnes de bauxite pour produire 1 tonne daluminium.

Remarque : Dans ce calcul, on suppose que le rendement de la raction redox est de100 % et quil ny a absolument aucune perte lors de lextraction de lalumine de labauxite.

4

On souhaite argenter un seau champagne dont la surface extrieure est de 1380 cm2en

dposant une couche dargent (!= 10,5 g"cm-3) de 60 m dpaisseur. Le seau est plac

la cathode dans un bain contenant les ions complexes Ag(CN)2.

a. Quelle est la raction la cathode et la masse de Ag dpose sur le seau.

b. Quelle est la masse dions Ag(CN)2consomme ?


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- 29 -

Rponses :

a. A la cathode, il y a la rduction de Ag+:

Ag(CN)2 + e

Ag + 2 CN

Pour calculer la masse dargent, il faut calculer le volume correspondant sur le seau,

en convertissant 60 m en cm :

V = surface "paisseur=1380 "0,006 = 8,28cm3

La masse dargent dpos sera :

m =" #V =10,5 #8,28 = 86,94g

b. La masse dions Ag(CN)2est calcule par stchiomtrie :

Ag(CN)2+ e Ag + 2 CN

m / g 128,88 86,94

M / g.mol-1 159,91 107,87

n / mol 0,8060 0,8060

Masse de Ag(CN)2consomme : m = 128,88 g.

5

On lectrolyse une solution de AgNO3entre des lectrodes dargent.

a. Ecrivez les quations des ractions lanode et la cathode puis lquation bilan dellectrolyse.

b. Quelle est thoriquement la tension minimale ncessaire pour raliser cettelectrolyse ?

Rponses :

a. Dans la solution, on a les espces suivantes : Ag+, NO3, H2O.


2 H2O 4 H+ + O2 + 4 e

E = 1,23 V

(pas de raction possible avec NO3)

A la cathode, la rduction fait intervenir loxydant dont E est le plus grand :2 H2O + 2 e

2 OH + H2 E = 0,83 V

Ag+ + e Ag E = 0,8 V

Cest la raction avec largent qui aura lieu.


2 H2O + 4 Ag+ 4 H

+ + O2 + 4 Ag

b. La tension vide est : !E = 0,43 V.


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- 30 -

6

Calculez la masse de cuivre dpose sur llectrode depuis une solution de Cu(NO3)2lorsquon effectue une lectrolyse pendant 10,2 minutes avec un courant de 0,5 A.

Rponse :La raction de rduction consomme 2 lectrons :

Cu2++ 2 e Cu

Sachant que 10,2 min correspond 612 s, on trouve la masse dpose via lquation deFaraday :

m =M ! I ! t

n !F=

63,55 ! 0,5 ! 612

2 ! 96500= 0,1008 g

7Combien de temps (en heures) est ncessaire pour dposer tout le cuivre contenu dans740 mL de solution de CuSO40,250 mol"L

-1avec un courant de 3,64 A ?

Rponse :

La raction de rduction consomme 2 lectrons :

Cu2++ 2 e Cu

Il faut aussi trouver la masse du cuivre dans la solution, celui-l mme qui se dposera :

nCu

2+ = n

Cu = C ! V = 0,250 ! 0,740 = 0,185 mol

mCu

= n !M = 0,185 ! 63,55 =11,76 g

Enfin, on remanie la loi de Faraday pour en extraire le temps :

t =m !n !F

M ! I=

11,76 ! 2 ! 96500

63,55 ! 3,64= 9809 s

Cela correspond 2,72 heures, ou 2 h 43 min 29 s.

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Le fluor gazeux est fabriqu par lectrolyse du HF dissous dans du KF fondu. La ractionest la suivante :

2 HF(KF) H2 (g)+ F2 (g)

Le fluorure de potassium KF agit comme un solvant pour HF et comme conducteurlectrique, mais ne participe pas la raction. Une cellule dlectrolyse commerciale pourproduire le F2gazeux opre avec un courant de 1500 A.

a. Quelle masse (en kilos) de F2peut tre produite en 24 heures ?

b. Pourquoi ne peut-on pas faire llectrolyse dans le seul HF liquide ?


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Rponses :

a. Loxydation du fluor (qui passe de I 0, mais pour 2 atomes) ncessite le transfert de2 lectrons.

On trouve la masse de F2form en 24 h (86400 s) :

m =M ! I ! t

n !F=

38 !1500 ! 86400

2 ! 96500= 25517 g= 25,52 kg

b. Le fluorure dhydrogne HF est un compos covalent. Cest pourquoi il est un trsmauvais conducteur lectrique. Dissous dans un sel fondu, ce sont les ions K

+et F

qui

permettront de faire passer le courant lectrique dans la cellule.

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