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Electrochimie - exercices avec correction, Exercices de Chimie

Typologie: Exercices

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Daniel_Nice 🇫🇷

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2 ème année pharmacie TD N°8
Chimie analytique
Electrochimie
Exercice n° 1 :
On réalise la pile Daniell en utilisant : - un bécher renfermant 100cm3 d’une solution molaire de sulfate de
cuivre dans laquelle plonge une plaque de cuivre ; un autre bécher renfermant 100 cm3 d’une solution
molaire de sulfate de zinc dans la quelle plonge une lame de zinc.
1) On intercale un milliampèremètre entre deux fils conducteurs reliant les deux plaques de cuivre et
zinc. Que se passe-t-il ?
2) On ajoute un tube U renversé rempli d’une solution de sulfate de sodium. Que se passe-t-il ?
Remarque pour cette question : s’il y a un courant électrique :
- Indiquer son sens.
- Préciser la nature et le sens du déplacement des porteurs de charges assurant le courant électrique
dans les différents éléments de la chaine ; mettre en évidence la continuité du courant électrique.
- Indiquer les pôles de la pile.
3) Calculer la force électromotrice de la pile, en précisant nettement sa définition.
E° (Cu2+/Cu) = 0,337 V ; E° (Zn2+/Zn) = -0,763 V
Exercice n° 2 :
Une cellule conductimétrique est constituée de deux électrodes de surface S = 2 cm2 séparées d’une distance
L = 1,5 cm et soumises à une tension continue U = 1,2 V. La cellule est immergée dans une solution ionique
: l’intensité du courant traversant la cellule mesure : I = 7 mA.
1) Exprimer et calculer la conductance et la résistance de la cellule (unité Siemens).
2) Exprimer et calculer en cm-1 et en m-1 la constante K de la cellule
3) Exprimer et calculer la conductivité de la solution en unité S.I.
4) La solution ionique a une concentration C = 5,0 mmol.L-1. Exprimer la concentration en (mol/m3)
et calculer la conductivité molaire de la solution.
Exercice n° 3 :
Le document ci-dessous fournit I= f(V) pour une électrode de cuivre au contact d’une solution du sulfate de
cuivre CuSO4 à 0,1 mol/l.
1) Préciser les réactions électrochimiques mises en jeu.
Données : SO4 -2 n’est pas électroactif.
2) Commenter la position des courbes pour I= 0.
- Pour I≠ 0, la tension de chaque électrode est différente de la tension d’équilibre.
- Définir la surtension anodique η a et la surtension cathodique η c .
Données : E° (Cu2+/Cu) = 0,34 V
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2 ème^ année pharmacie TD N° Chimie analytique

Electrochimie

Exercice n° 1 :

On réalise la pile Daniell en utilisant : - un bécher renfermant 100cm^3 d’une solution molaire de sulfate de cuivre dans laquelle plonge une plaque de cuivre ; un autre bécher renfermant 100 cm^3 d’une solution molaire de sulfate de zinc dans la quelle plonge une lame de zinc.

  1. On intercale un milliampèremètre entre deux fils conducteurs reliant les deux plaques de cuivre et zinc. Que se passe-t-il?
  2. On ajoute un tube U renversé rempli d’une solution de sulfate de sodium. Que se passe-t-il? Remarque pour cette question : s’il y a un courant électrique :
  • Indiquer son sens.
  • Préciser la nature et le sens du déplacement des porteurs de charges assurant le courant électrique dans les différents éléments de la chaine ; mettre en évidence la continuité du courant électrique.
  • Indiquer les pôles de la pile.
  1. Calculer la force électromotrice de la pile, en précisant nettement sa définition. E° (Cu2+/Cu) = 0,337 V ; E° (Zn2+/Zn) = -0,763 V

Exercice n° 2 : Une cellule conductimétrique est constituée de deux électrodes de surface S = 2 cm^2 séparées d’une distance L = 1,5 cm et soumises à une tension continue U = 1,2 V. La cellule est immergée dans une solution ionique : l’intensité du courant traversant la cellule mesure : I = 7 mA. 1) Exprimer et calculer la conductance et la résistance de la cellule (unité Siemens). 2) Exprimer et calculer en cm-1^ et en m-1^ la constante K de la cellule 3) Exprimer et calculer la conductivité de la solution en unité S.I. 4) La solution ionique a une concentration C = 5,0 mmol.L-1. Exprimer la concentration en (mol/m^3 ) et calculer la conductivité molaire de la solution.

Exercice n° 3 : Le document ci-dessous fournit I= f(V) pour une électrode de cuivre au contact d’une solution du sulfate de cuivre CuSO 4 à 0,1 mol/l.

  1. Préciser les réactions électrochimiques mises en jeu. Données : SO 4 -2^ n’est pas électroactif.
  2. Commenter la position des courbes pour I= 0.
  • Pour I≠ 0, la tension de chaque électrode est différente de la tension d’équilibre.
  • Définir la surtension anodique η (^) a et la surtension cathodique η (^) c. Données : E° (Cu2+/Cu) = 0,34 V

Exercice n° 4 : On considère l’électrode de référence au calomel(ECS) suivante à 25°C

  1. Calculer son potentiel à l’équilibre
  2. On réalise la pile suivante, l’électrode au calomel précédente a Une lame de platine plongeant dans une solution de fer (II) et fer (III) De concentration molaire identique égale à 0,1 mol/l. Les deux électrodes sont reliés par un pont ionique .on néglige la ddp De la jonction Hg(l) /Hg 2 Cl 2 / KCl (1mol/l) // Fe2+, Fe3+^ (0,1mol/l) /Pt a- Faire le schéma de la pile b- On place entre les deux pôles un voltmètre de très grande résistance. Calculer la valeur lue sur le voltmètre. Données : Potentiels standard à pH = 0 E° (Hg 2 2+/ Hg) = 0,790 V ; E° (Fe3+/ Fe2+) = 0,770 V ; Ks (Hg 2 Cl 2 ) = 6, 4. 10-

Correction d’exercice 3 : 1- L’anode correspond au courant compté positivement (partie supérieure de la courbe) à l’anode se produit une oxydation, or les seules espèces pouvant être oxydées dans la solution sont Cu et SO 4 2-, or SO 4 2-^ est électro-inactif seul Cu est oxydé : CuCu2+^ + 2 e- anode (I ˃ 0)

  • La cathode correspond au courant compté négativement (partie inférieure de la courbe) à la cathode se produit une réduction, or les seules espèces pouvant être réduites dans la solution sont Cu2+^ et SO 4 2--, or SO 4 2-^ est électro-inactif seul Cu2+^ est réduit : Cu2+^ + 2 e-Cu cathode (I < 0) 2- Pour I = 0 , on retrouve le potentiel de Nernst du couple Cu2+/Cu : Cu2+^ + 2 e-Cu (^) (S) El = E° + 0,06/2 log [Cu2+] = 0,34 + 0,03 log (10-1) = 0,31 V. Graphiquement on lit El = 0,31 V pour I = 0, ce qui cohérent. On notant ‘El ‘le potentiel de Nernst du couple ; on a :
  • η a = E(I a) - El ˃ 0 surtension anodique. (I a ˃ 0)
  • η c = E(I c) - El < 0 surtension cathodique. (I c <0) On constate que l’oxydation est rapide car la courbe anodique varie rapidement avec le potentiel en revanche la réduction est lente.

Correction d’exercice 4 : 1- le couple d’oxydoréduction relatif à cette électrode est formé de l’élément mercure au nombre d’oxydation 1 et du même élément au nombre d’oxydation 0. Le potentiel d’équilibre correspond à la réaction d’électrode suivante : Hg 2 Cl2 + 2 e-^  2 Hg + 2 Cl-^ ……. (1) Elle est la combinaison des deux équations suivantes : Hg 2 2+^ + 2 e-^  2 Hg ; Hg 2 Cl 2  Hg 2 2+^ + 2 Cl-^ : KS = [Hg 2 2+]. [Cl-] 2 E (Hg 2 2+/ Hg) = E (Hg 2 Cl 2 / Hg) = E (Hg( 1 )/ Hg( 0 )) La relation de Nernst s’écrit : E (^) (ECS/ESH) = E° (Hg 2 Cl 2 / Hg) + 0,059/2 log 1/ [Cl-] 2 …………….(1) = E° (Hg 2 2+/ Hg) + 0, 059/2 log [Hg 2 2+] E (^) (ECS) = E° (Hg 2 2+/ Hg) + 0,059/2 log Ks /[ Cl-^ ] 2 …………….(2) On peut conclure à partir des réactions (1) et (2) : E (Hg 2 Cl 2 / Hg) = E° (Hg 2 2+/ Hg) + 0,06/2 log Ks E° (Hg 2 Cl 2 / Hg) = 0,79 +(0,059/2) log(6,4.10-18) = 0,282 V.

(1) ⇔E(ECS/ESH) = 0,282 + 0,059/2 log 1/1 = 0,282 V ( KCl =1M )

ηa

nc

Le potentiel d’équilibre d’électrode de calomel dépend de la concentration en ions Cl-^ pour une température fixée. 2.a) Figure: schéma de la pile

a) Le potentiel d’équilibre du couple Fe3+/Fe2+^ par rapport à l’électrode au calomel : ΔE = E (Fe3+/Fe2+) / calomel = E (^) ( Fe3+/Fe2+)/ESH – E(ECS/ESH) E (^) (Fe3+/Fe2+)/ESH = E°( Fe3+/Fe2+) + 0,059log [Fe3+]/ [Fe2+] = 0,77 V. E (^) (ECS/ESH) = 0,282 V. ΔE = 0,49 V.