Chimie – exercices sur les propriétés des solutions de nitrate d’argent et d’ammoniac - correction, Exercices de Chimie Organique
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Melissa_s24 April 2014

Chimie – exercices sur les propriétés des solutions de nitrate d’argent et d’ammoniac - correction, Exercices de Chimie Organique

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Chimie – exercices sur les propriétés des solutions de nitrate d’argent et d’ammoniac - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Constante d’acidité du couple ion ammonium / ammoniac (NH4+(aq) / NH3(a...
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Exercice n°1 : Quelques propriétés des solutions de nitrate d’argent et d’ammoniac 7pts

Exercice I : Quelques propriétés des solutions de nitrate d’argent et d’ammoniac (7 points)

Pondichéry 2007 Corrigé

I.1. - Constante d’acidité du couple ion ammonium / ammoniac (NH4+(aq) / NH3(aq))I.1.1.(0,25)NH3(aq) + H2O(l) = NH4+(aq) + HO–(aq)

I.1.2.(0,25)D’après l’équation précédente, on voit que la solution (S) contient des ions hydroxyde,

indiquant un milieu basique.

I.1.3.(0,25) = (NH4+(aq)).[NH4+(aq)]éq + (HO-(aq)).[HO-(aq)]éq

I.1.4.(0,25)D’après l’équation du I.1.1., [NH4+(aq)]éq = [HO-(aq)]éq, la relation précédente devient :

 = ( (NH4+(aq)) + (HO-(aq)) ).[NH4+(aq)]éq

Il vient [NH4+(aq)]éq = [HO-(aq)]éq = )()( )()(4

  aqaq HONH 

[NH4+(aq)]éq = [HO-(aq)]éq = 8,194,7

9,10

 = 4,0110-1 mol.m-3 = 4,010-4 mol.L-1

(remarque sur les unités : 1

3

1

. .

. ².

mS m mol m

mS m mol

 

  puis 1 mol.m–3 = 10–3 mol.L–1 )

I.1.5.(0,5)Ke = [HO-(aq)]éq.[H3O+(aq)]éq donc [H3O+(aq)]éq = e -

(aq)

K

HO éq

  

[H3O+(aq)]éq = 4

-14

100,4

101,00 

 = 2,510–11 mol.L-1

La conservation de l’élément azote donne : c = [NH4+(aq)]éq + [NH3(aq)]éq

donc [NH3(aq)]éq = c – [NH4+(aq)]éq

[NH3(aq)]éq = 1,00×10 –2 – 4,0×10–4 = 9,6×10–3mol.L-1

I.1.6. (0,5) Pour le couple ion ammonium / ammoniac, on a : NH4+(aq) + H2O(l) = NH3(aq) + H3O+(aq)

KA = 3 ( ) 3( )

4( )

.aq aq éqéq

aq éq

H O NH

NH

     

  

KA = 4

311

100,4

106,9105,2 



 = 6,0×10-10

pKA = – logKA

pKA = –log(6,0×10 -10) = 9,2

L’énoncé indique pKA = 9,24 donc la valeur obtenue est compatible.

I.2.- Nitrate d’argent et cuivre. I.2.1 - Arbre de Diane I.2.1.a.(0,5)Cu(s) = Cu2+(aq) + 2 e– Oxydation (×1) « la solution devient bleue »

Ag+(aq) + e– = Ag(s) Réduction (×2) « filaments d’argent se forment »

I.2.1.b.(0,25)Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq) + 2 Ag(s)

I.2.2 - Pile cuivre argent I.2.2.a. (0,5)

(0,5) Qr, i =    2)(

2

)(

iaq

iaq

Ag

Cu

Qr, i = 28 )1064,2(

50,1 

= 2,151015

Qr, i = K, le système chimique est dans son état d’équilibre, il n’évoluera plus. La pile ne peut pas débiter

de courant.

Plaque de

cuivre

Plaque

d’argent Pont salin

Solution de sulfate

de cuivre (II)

Solution de nitrate

d’argent (I)

I.2.2.b.

1.

(1pt)

2. À l’extérieur de la pile, les porteurs de charge sont les électronsqui se déplacent dans le sens contraire

du sens du courant.

À l’intérieur de la pile les porteurs de charges sont les ions. Les ions cuivre (II) se dirigent vers

l’électrode en cuivre, les ions argent « s’éloignent » de l’électrode d’argent. Dans le pont salin, les anions

nitrate se dirigent vers la solution de nitrate d’argent (I) et les cations ammonium vers la solution de

sulfate de cuivre (II).

I.2.2.c.(0,5)Le générateur apporte des électrons vers l’électrode de cuivre où ils sont consommés, on a

donc Cu2+(aq) + 2 e– = Cu(s)

Le générateur arrache des électrons de l’électrode d’argent d’où : Ag(s) = Ag+(aq) + e–

Le générateur fournit autant d’électrons qu’il en arrache, alors Cu2+(aq) + 2 Ag(s) = Cu(s) + 2Ag+(aq)

(1pt) I.2.2.d. Équation Cu2+(aq) + 2 Ag(s) = Cu(s) + 2Ag+(aq)

État initial (en mol) ni(Cu 2+

(aq))

= 3,0010–2

ni(Ag(s))

= 2,510–2

ni(Cu(s))

= 1,7310–1 ni(Ag+(aq)) = 0

État pour un avancement

x (en mol) ni(Cu 2+

(aq)) – x ni(Ag(s)) – 2x ni(Cu(s)) + x 2x

ni(Cu2+(aq)) = [Cu2+(aq))]i.V ni(Cu2+(aq)) = 1,50×20,0×10 –3 = 3,00×10–2 mol

L’énoncé précise que les plaques plongent dans les solutions sur la moitié de leur hauteur, on ne

considère alors que la moitié de leur masse pour les calculs des quantités de matière.

ni(Ag(s)) = )(

)(

AgM

Agm ni(Ag(s)) =

108

2 5,5

= 2,5×10–2 mol

ni(Cu(s)) = )(

)(

CuM

Cum ni(Cu(s)) =

6,63

2 0,22

= 1,73×10–1 mol

I.2.2.e.(0,5) Au niveau microscopique, à chaque fois que la réaction a lieu une fois, ce sont deux électrons

qui circulent dans le circuit. Au niveau macroscopique, la réaction a lieu x mol de fois, ce sont 2x mol

d’électrons qui circulent.

Q = n(e–).NA.e = 2 x.NA.e

D’autre part Q = I.t, donc 2 x.NA.e = I.t soit x = A

I. t

2N .e

x = 4

0,150 3600

2 9,65 10

  = 2,80×10–3 mol

I.2.2.f. [Ag+(aq)]1h = 2

V

x [Ag+(aq)]1h =

3

3

2 2,80 10

20,0 10

 

 = 2,80×10–1 mol.L-1

(0,25)[Cu2+(aq)]1h =

2

( )( )

V

i aqn Cu x  

[Cu2+(aq)]1h = 2 3

3

3,00 10 2,80 10

20,0 10

 

  

 = 1,36 mol.L-1

+

Cuivre Argent

Sens du

courant

Cu2+ Ag +

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