Chimie – contrôle sur la pile et l'électrolyse avec le cuivre, Examens de Chimie
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Melissa_s24 avril 2014

Chimie – contrôle sur la pile et l'électrolyse avec le cuivre, Examens de Chimie

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Chimie – contrôle sur la pile et l'électrolyse avec le cuivre. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: la pile de concentration, le dépôt de cuivre par électrolyse, la détermination d’une concentration en ions c...
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Exercice n°1 Pile et électrolyse avec le cuivre 6,5 pts

Maroc 2004 Exercice n°1 (6,5 points)

…………..PILE ET ÉLECTROLYSE AVEC LE CUIVRE…………..

Données :

Masse molaire atomique du cuivre : M(Cu) = 63,5 g.mol-1

Charge élémentaire de l’électron : e = 1,6.10–19 C

Nombre d’Avogadro : N = 6,02.1023 mol-1

Charge électrique d’une mole d’électrons : F = 96500 C

1. PILE DE CONCENTRATION

On considère une pile constituée de deux électrodes de cuivre plongeant chacune dans des solutions de sulfate

de cuivre de concentrations différentes.

Chaque solution a pour volume V = 100 mL et la concentration initiale des ions positifs est :

[Cu2+]1 = 1,0 mol.L-1 et [Cu2+]2 = 1,0.10 –2 mol.L-1

1.1. Équations des réactions

1.1.1. Écrire les demi-équations des réactions se produisant aux électrodes en accord avec la polarité

donnée sur la figure 1.

1.1.2. Donner le nom de chaque demi-réaction.

1.1.3. Écrire l’équation de la réaction s’effectuant dans la pile. Pour la réaction considérée la constante

d’équilibre vaut : K = 1.

1.2. Évolution de la pile

1.2.1. Calculer la valeur du quotient réactionnel initial Qr, i.

1.2.2 Cette valeur est-elle cohérente avec la polarité proposée ?

1.3. Étude de la pile

On fait débiter la pile dans un conducteur ohmique et un ampèremètre.

1.3.1. Compléter le schéma de la figure 1 en annexe à rendre avec la copie.

1.3.2. Sur le schéma, indiquer par des flèches le sens du courant et le sens de déplacement des électrons

dans le circuit extérieur.

1.3.3. Que peut-on dire des concentrations finales quand l’état d’équilibre est atteint ?

2. DÉPÔT DE CUIVRE PAR ÉLECTROLYSE

2.1. On remplace une électrode de cuivre par une bague en métal conducteur que l’on veut recouvrir de

cuivre.

2.1.1. Quel appareil est-il nécessaire de rajouter dans le montage précédent pour réaliser ce dépôt ?

2.1.2. Écrire les demi-équations aux électrodes en justifiant votre raisonnement.

2.1.3. En déduire le sens des électrons, le sens du courant et la polarité dans le montage puis compléter

la figure 2 (en annexe à rendre avec la copie).

2.2. L’électrolyse fonctionne pendant une heure à une intensité constante I = 400 mA.

2.2.1. Déterminer la quantité d’électricité correspondante notée Q.

2.2.2. En déduire la quantité de matière d’électrons, notée n(e–), qui a circulé pendant cette durée.

2.2.3. Quelle relation existe-t-il entre la quantité de cuivre qui a disparu ndisp (Cu2+) et la quantité de

matière n(e–) d’électrons qui a circulé ?

2.2.4. En déduire la quantité de matière ndép(Cu) déposée.

2.2.5. Quelle est la masse m(Cu) correspondante ?

3. DÉTERMINATION D’UNE CONCENTRATION EN IONS CUIVRE II

3.1. On considère la réaction de précipitation suivante :

2 Cu2+(aq) + 4 I –(aq) = 2 CuI (s) + I2 (aq) (1)

3.1.1. Compléter le tableau 1 d’avancement donné en annexe (les ions iodure sont introduits en excès).

On note n0 la quantité initiale d’ions Cu2+ et n1 la quantité de diiode formé.

3.1.2. Établir une relation entre n0 et n1.

3.2. On dose la quantité n1 de diiode précédemment formé par la réaction de dosage :

I2(aq) + 2 S2O 2

3(aq)

 = 2 I –(aq) + S4O

2

6(aq)

 (2)

3.2.1. Comment repère-t-on l’équivalence ?

3.2.2. Quelle relation existe-t-il entre n(S2O 2

3

 ) introduit à l’équivalence et n1 quantité de diiode dosée ?

On pourra éventuellement s’aider d’un tableau d’avancement.

3.2.3. Le volume versé à l’équivalence est Véq = 10,0 mL. Sachant que la concentration des ions

thiosulfate est 1,0.10 –1 mol.L-1, en déduire n1.

3.2.4. Calculer n0.

3.2.5. En déduire la concentration C0 des ions cuivre dans les 100 mL de solution.

Tableau 1

Équation de la réaction 2 Cu2+(aq) + 4 I–(aq) = 2 CuI(s) + I2 (aq)

État initial Avancement x = 0 n0 excès 0 0

État

intermédiaire x

État final xmax n1

Figure 2

ANNEXE n°1 à rendre avec la copie

[Cu2+]1 = 1,0 mol.L –1

[Cu2+]2 = 1,0.10 –2 mol.L–1

Cu

Figure 1

pont salin

Cu +

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