Exercitations de chimie à propos de la réaction d'oxydoréduction avec le couple zn2+(aq)/zn(s) - correction, Exercices de Chimie Appliquée
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Melissa_s24 avril 2014

Exercitations de chimie à propos de la réaction d'oxydoréduction avec le couple zn2+(aq)/zn(s) - correction, Exercices de Chimie Appliquée

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Exercitations de chimie appliquée à propos de la réaction d'oxydoréduction avec le couple zn2+(aq)/zn(s) - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Première expérience : réaction avec le couple Cu2+(a...
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Exerice I: Réaction d'oxydoréduction avec le couple Zn2+/Zn

Bac S Septembre 2010 Antilles Guyane (6,5 points) CORRECTION EXERCICE I. RÉACTION D'OXYDORÉDUCTION AVEC LE COUPLE Zn2+(aq)/Zn(s)

1. Première expérience : réaction avec le couple Cu2+(aq) / Cu(s)

1.1.(0,25 pt) Cu2+(aq) + Zn(s) = Zn2+(aq) + Cu(s) équation (1) ( )

( )

aq

r

aq

Zn Q

Cu

       

2

2

1.2. (0,5 pt) ( )

,

( )

.

.

aq i

r i

aq i

C V

Zn V V Q

C VCu

V V

         

2 2 2

1 2

2 1 1

1 2

,

.

. r i

C V Q

C V  2 2

1 1

-

, -

,

, r i

Q  

  

1

1

1 0 10 10

1 0 10 20 Qr, i = 0,50

1.3. (0,5 pt) Qr, i < K, le système va alors évoluer dans le sens direct, c’est-à-dire vers la formation d’ions zinc et de cuivre métallique. Ceci est en accord avec les observations expérimentales : la solution, initialement bleue, devient incolore donc disparition des ions cuivre (II), un dépôt rougeâtre de cuivre se forme. 2. Deuxième expérience : étude de la pile zinc-aluminium2.1.1. et 2.1.2.(0,5 pt + 0,125 pt)2.2.1. (0,25 pt) D’après l’équation : 3 Zn2+(aq) + 2 Al (s) = 2 Al3+(aq) + 3 Zn (s)

Il se forme du zinc, on obtient à l’électrode de zinc : Zn2+(aq) + 2e = Zn(s)

Et à l’électrode d’aluminium : Al(s) = Al3+(aq) + 3e 2.2.2.(0,25 pt) Les électrons sont fournis par l’électrode d’aluminium, et ils sont consommés à l’électrode de zinc. Les électrons circulent de la plaque d’aluminium vers la plaque de zinc. 2.2.3. (0,25 pt) Voir schéma ci-dessus.Le courant circule dans le sens contraire de celui des électrons et ceux-ci sont attirés par le pôle positif de la pile.

2.3.1. (0,5 pt) [Zn2+(aq)] = 3,010 1 mol.L-1 pour un volume V = 100 mL : n(Zn2+)i = [Zn2+(aq)].V

n(Zn2+)i = 3,010 10,100 = 3,010 2 mol

( ) ( )

i

m n Al

M Al  2

n(Al)i = ,

,

3 0

27 0 = 0,11 mol

Lame d’aluminium Lame de zinc

Solution de sulfate

d’aluminium Solution de sulfate de zinc

Pont salin + –

Sens du courant Électrons

Résistance

2.3.2. (0,875 pt) Équation 3 Zn2+(aq) + 2 Al (s) = 2 Al3+(aq) + 3 Zn (s)

État du système

Avancement (mol)

Quantité de matière (mol)

Quantité d’électrons échangée

(mol)

État initial 0 n(Zn2+)i =

3,010-2

n(Al)i = 0,11

1,010-2 4,610-2 0

En cours de transformation

x 3,010-2 – 3x0,11 – 2x 1,010-2

+ 2x 4,610-2

+ 3x6x

État maximal xmax 3,010-2

– 3xmax

0,11 – 2xmax

1,010-2 + 2xmax

4,610-2 + 3xmax

6xmax

Si les ions zinc constituaient le réactif limitant, on aurait : 3,010 2– 3xmax = 0,

soit xmax = -,  23 0 10

3 = 1,010-2 mol

Si l’aluminium était le réactif limitant, on aurait 0,11 – 2xmax = 0, soit xmax = ,0 11

2 = 5,510-2 mol

Zn2+ conduit à l’avancement maximal le plus faible, c’est le réactif limitant et

xmax = 1,010-2 mol 2.3.3.(0,375 pt) Qmax = n(e-).F n(e-) : quantité d’électrons échangée

Qmax = 6xmax.F

Qmax = 61,010-29,65104 = 5,8103 C

3. Troisième expérience : électrolyse d'une solution d'iodure de zinc 3.1.1.(0,125 pt) Au niveau de l’électrode B, la solution prend une teinte orangée caractéristique de l’apparition du diiode I2.

3.1.2.(0,125 pt) 2I(aq) = I2(aq) + 2e

3.2.(0,125 pt) Sur l’électrode A on observe un dépôt de zinc : Zn2+(aq) + 2e = Zn(s) 3.3. (0,25 pt) À l’anode, il se produit une oxydation : l’électrode B est l’anode. À la cathode, il se produit une réduction : l’électrode A est la cathode.

3.4.1. (0,5 pt) D’après la demi-équation : Zn2+(aq) + 2e = Zn(s), on a ( )

2

n e = n(Zn)formé.

-( ) ( )

Zn m

n e M Zn

 2

- ,

( ) = ,

n e  1 50

2 65 4

= 4,5910 2 mol

3.4.2.(0,25 pt)

Q = n(e-).F Q = 4,5910-29,65104 = 4,43103 C

(ou Q = n(e-).NA.e Q = 4,5910-26,0210231,601019 = 4,42103 C)

3.4.3.(0,375 pt) Q = I.t avec I = Cte Q

t I

 

t = ,

,

 34 43 10

0 500 = 8,85103 s (ou 8,84103 s)

4. Bilan (0,375 pt)

Transformation chimique

spontanée forcée nécessitant de

l’énergie libérant de l’énergie

Première expérience

Deuxième expérience

Troisième expérience

 

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