[PDF] Quelques exercices doxydoréduction

View - Download Quelques exercices doxydoréduction

Previous PDF

Next PDF

Exercices d"oxydoréduction

Potentiels standards, loi de NERNST,

diagrammes ݄ȃpH

EXERCICE 1 _

On donne les potentiels standards des couples suivants, à pH ൩ 0 :

୑ቝIO୔ଡ଼ I୓቗୼஌ቘ൴ ቞ ൩ ݄୒୑൩ 1,19 V et ݄୑ቝI୓቗୼஌ቘIଡ଼⁄቞ ൩ ݄୓୑൩ 0,62 V

En réalité, l"iode est complexé sous forme I ୔ଡ଼, selon une réaction d"équation : I ୓቗୼஌ቘൢ Iଡ଼ֲ

Sachant que ݄

୑቗I୔ଡ଼Iଡ଼⁄ ቘ൩ ݄୔୑൩ 0,54 V, calculer la constante d"équilibre de complexation.

Solution

Les couples I

୓቗୼஌ቘIଡ଼⁄ et I୔ଡ଼Iଡ଼⁄ ont pour équations : I ୓቗୼஌ቘൢ 2eଡ଼൩ 2Iଡ଼ ቗ࣼ୓ቘ I ୔ଡ଼ൢ 2eଡ଼൩ 3Iଡ଼ ቗ࣼ୔ቘ

La réaction de complexation, d"équation :

I ୓቗୼஌ቘൢ Iଡ଼ֲ apparaît alors comme une combinaison linéaire des deux premières : I ୓቗୼஌ቘൢ 2eଡ଼൩ 2Iଡ଼ ቗ࣼ୓ቘ 3I ଡ଼൩ I୔ଡ଼ൢ 2eଡ଼ ቗ࣼ୔ቘ ___________________________ I ୓቗୼஌ቘൢ Iଡ଼ֲ C"est pourquoi l"enthalpie libre standard, Δ ం݆୑, de cette réaction, s"exprime aisément en fonction des enthalpies libres standard Δ

ం݆୓୑ et Δం݆୔୑ de ቗ࣼ୓ቘ et ቗ࣼ୔ቘ :

ం݆୑൩ Δం݆୓୑ൣ Δం݆୔୑ où ቧΔం݆୓୑൩ ൣ2݄ࣽ୓୑

Δం݆୔୑൩ ൣ2݄ࣽ୔୑

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

2 / 11

Du reste, la constante ݊୑ de formation du complexe I୔ଡ଼ vérifie : ం݆୑൩ ൣݑݓln݊୑ d"où ൣݑݓln݊ ୑൩ ൣ2݄ࣽ୓୑ൢ 2݄ࣽ୔୑ d"où ln݊ ୑൩2ࣽ soit log݊ ୑൩2ࣽ ݑݓln10቗݄୓୑ൣ ݄୔୑ቘ൫2

0,06቗݄୓୑ൣ ݄୔୑ቘ

Par conséquent :

୑൩ 10 soit enfin :

EXERCICE 2 _

On donne, ci-après, le diagramme potentiel-pH du chrome à 25 °C, la concentration des espèces dissoutes étant de 1 mol.Lଡ଼୒.

On prend ici :

ݑݓln10

ࣽ൩ 0,06 V à 298 K On rappelle que, pour les couples d"oxydo-réduction de l"eau, le potentiel (exprimé en volts) varie en fonction du pH selon les lois : O୓቗ஂ୼கቘH୓O⁄ ݄ ൩ 1,23 ൣ 0,06 pH

H቗୼஌ቘ୛H୓ ቗ஂ୼கቘ൴ ݄ ൩ ൣ0,06 pH

1. Parmi les six espèces figurant sur le diagramme ci-dessous, quelles sont celles qui

sont thermodynamiquement stables dans l"eau, à tout pH ? Quelles sont celles qui sont thermodynamiquement instables, à tout pH ?

2. On constate, expérimentalement, que le chrome métallique n"est apparemment pas

attaqué par l"eau dans un vaste domaine de pH (entre pH ൩ 3 et pH ൩ 14). Quel nom porte ce phénomène ? Quelle en est la cause probable ?

3. Calculer la pente du segment séparant les domaines de Cr୓O୔ et CrO୕୓ଡ଼.

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

3 / 11

FIGURE 1

Solution

1. Afin de déterminer la stabilité, dans l"eau, des diverses espèces contenant du chrome, il convient de représenter le domaine de stabilité de l"eau, lequel est compris entre les courbes d"équations : ቗O

୓H୓O⁄ ቘ൩ 1,23 ൣ 0,06pH et ݄቗H୛H୓⁄ ቘ൩ ൣ0,06pH

FIGURE A

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

4 / 11

Ce faisant :

- les espèces stables à tout pH sont celles dont une partie du domaine de prédominance est inclus dans le domaine de stabilité de l"eau (en gris sur le diagramme), pour tout pH délimitant leur domaine de prédominance ; il s"agit de : - les espèces instables, à tout pH, sont celles dont le domaine de prédominance est disjoint du domaine de stabilité de l"eau, à tout pH, c"est-à-dire : - une espèce stable dans l"eau, dans un domaine de pH limité, présente une partie de son domaine de prédominance en dehors du domaine de stabilité d"eau : ci

ciciciȃȃȃȃdessusdessusdessusdessusቘ ቘ ቘ ቘ mais y demeure stable lorsque mais y demeure stable lorsque mais y demeure stable lorsque mais y demeure stable lorsque ܓܵ

2. D"après le diagramme précédent, le chrome métallique ne devrait pas être stable dans l"eau. Son inertie apparente provient néanmoins de la passivation, phénomène par lequel Cr est oxydé en Cr ୓O୔, lequel oxyde se dépose à la surface du métal en une couche solide imperméable à l"eau. Le métal, ainsi isolé de son agent oxydant (H ୛), est protégé de la corrosion. 3. Le couple CrO୕୓ଡ଼Cr୓O୔⁄ est lié par la demi-équation : 2 CrO

୕୓ଡ଼ൢ 10 H቗୼஌ቘ୛ൢ 6eଡ଼൩ Cr୓O୔቗எஊஇቘൢ 5H୓O

dont la loi de N ERNST donne le potentiel ݄ en fonction du potentiel standard ݄୑ de ce couple : ୑ൢ0,06 d"où ୑ൢ 0,02log݂୑ൣ 0,1 ൥ pH et donc car, sur la frontière séparant les espèces CrO ୕୓ଡ଼ et Cr୓O୔, seul CrO୕୓ଡ଼ est dissous et est donc présent en solution à la concentration ݂ ୑൩ 1 mol.Lଡ଼୒.

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

5 / 11

Du reste, l"expression ݄቗pHቘ montre que le segment de droite figurant cette frontière a pour pente :

EXERCICE 3 _

On donne, à 298 K, les enthalpies libres molaires standards de formation suivantes :

On donne :

- ࣽ ൩ 96500 C.molଡ଼୒ pour le FARADAY ; ࣽ൫ 0,059 V ; - les produits de solubilité - ݑ ൩ 8,314 J.Kଡ଼୒.molଡ଼୒ pour la constante molaire des gaz parfaits.

1. Trouver les valeurs des potentiels standards des couples Fe୔୛Fe୓୛⁄.

2. Etablir le diagramme potentiel-pH du fer, pour une concentration totale de fer

dissous égale à ݂ఄ൩ 0,1 mol.Lଡ଼୒.

Solution

1. L"enthalpie libre standard associé la demi-équation : Fe ୔୛ൢ eଡ଼൩ Fe୓୛ vaut : auquel cas le potentiel standard ݄ ୒୑ du couple Fe୔୛Fe୓୛⁄ vérifie : d"où ୒୑൩7430096500 soit

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

6 / 11

De même, la réaction d"équation : Fe

୓୛ൢ 2eଡ଼൩ Fe a pour enthalpie libre standard : car Fe

቗எஊஇቘ est dans son état standard de référence, dont l"enthalpie libre et l"enthalpie

standard de formation sont nulles. C"est pourquoi le potentiel standard ݄ ୓୑ du couple Fe ୓୛Fe⁄ vérifie : ం݆୓୑൩ ൣ2݄ࣽ୓୑ d"où ୓୑൩ ൣ78900

2 ൥ 96500

soit 2.

Le recensement des espèces mentionnées par l"énoncé, qui contiennent l"élément fer,

fait apparaître celui-ci : - au degré d"oxydation ቗IIIቘ dans Fe୔୛ et Fe቗OHቘ୔ ; - au degré d"oxydation ቗IIቘ dans Fe୓୛ et Fe቗OHቘ୓ ; - au degré d"oxydation ቗0ቘ dans Fe. Par conséquent, le diagramme potentiel-pH doit présenter la structure schématisée ci-dessous :

FIGURE B

- La frontière qui sépare les domaines de stabilité de Fe୔୛ et Fe቗OHቘ୔ est

donnée par la valeur pH ୒ du pH à laquelle apparaît le précipité Fe቗OHቘ୔, auquel cas :

ః୒൩ቛFe୔୛ቜቛHOଡ଼ቜ୔ pour Fe቗OHቘ୔ֲ

Or, la convention selon laquelle la concentration totale de fer dissous vaut ఄ൩ 0,1 mol.Lଡ଼୒ :

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

7 / 11

ቛFe୔୛ቜൢቛFe୓୛ቜ൩ ݂ఄ se simplifie dans le domaine de stabilité de Fe቗IIIቘ : ቛFe d"où ః୒൩ ݂ఄ൥ቛHOଡ଼ቜ୔൩ ݂ఄ൥ ባ10 d"où pH ୒൩ 14 ൢ1 3 ൥቗log݊ః୒ൣ log݂ఄቘ d"où pH ୒൩ 14 ൢ1 3 soit

- Dans le domaine de stabilité de Fe቗IIቘ, il existe une valeur pH୓ du pH à partir

de laquelle apparaît le précipité Fe቗OHቘ

ః୓൩ቛFe୓୛ቜቛHOଡ଼ቜ୓ pour Fe቗OHቘ୓ֲ

En outre, dans ce domaine, les ions Fe

୔୛ sont quasi inexistants, ce qui simplifie l"équation ቛFe ୔୛ቜൢቛFe୓୛ቜ൩ ݂ఄ : ቛFe d"où ః୓൩ ݂ఄ൥ ባ10 d"où log݊ ః୓൩ log݂ఄൢ 2 ൥቗pH୓ൣ 14ቘ d"où pH ୓൩ 14 ൢ1 2 ቗log݊ః୓ൣ log݂ఄቘ d"où pH ୓൩ 14 ൢ1 2 ൥ቛlog቗4,8.10ଡ଼୒୘ቘൢ 1ቜ soit Enfin, le diagramme potentiel-pH du fer sera accessible dès que seront connues les

expressions des frontières qui délimitent les domaines de stabilité de Fe቗IIIቘ, de

Fe ቗IIቘ et de Fe቗0ቘ. - Frontière ࢎ૷

Pour pH ൬ pH

୒, le couple Fe቗IIIቘFe቗IIቘ⁄ est représenté par la demi-équation :

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

8 / 11

Fe ୔୛ൢ eଡ଼൩ Fe୓୛ dont le potentiel est donné par la loi de N

ERNST :

୒൩ ݄୒୑ൢ 0,059 ൥ logባቛFe Fe Or, sur une frontière, les concentrations des espèces dissoutes sont égales : Fe 2 d"où - Frontière ࢎૹ Le couple Fe቗IIIቘFe቗IIቘ⁄ est encore caractérisé par le potentiel : ୔൩ ݄୒୑ൢ 0,059 ൥ logባቛFe Fe sur une frontière qui correspond à une solution contenant seulement des ions Fe ୓୛ (le fer III est présent sous forme d"hydroxyde insoluble), d"où l"on déduit que : Fe d"où Fe ୓୛ቜ൫ ݂ఄ൩ 0,1 mol.Lଡ଼୒

En outre, l"existence de Fe቗OHቘ

୔ ቗எஊஇቘ impose : d"où Fe ቛHOଡ଼ቜ୔൩ ݊ః୒൥ ባቛH 10

Par suite :

݂ఄ൥ ባቛH

10

୒୑ൢ 0,059 ൥቗log݊ః୒ൣ log݂ఄቘൢ 3 ൥ 0,059 ൥቗14 ൣ pHቘ

൩ 0,770 ൢ 0,059 ൥ ቛlog቗2,6.10

D"où

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

9 / 11

Remarque : la comparaison de ݄

୒൩ 0,770 V avec : ୔቗pH୒ቘ൩ 1,030 ൣ 0,177 ൥ 1,47 ൩ 0,770 V

suffit à confirmer la continuité de la frontière Fe቗IIIቘ Fe቗IIቘ⁄ en pH ൩ pH

- Frontière ࢎૺ

Pour pH ൯ pH

୓൩ 6,34, Fe቗IIIቘ et Fe቗IIቘ se présentent sous formes d"hydroxydes insolubles Fe቗OHቘ

୔ ቗எஊஇቘ et Fe቗OHቘ୓ ቗எஊஇቘ. C"est pourquoi ቛFe୔୛ቜ

est donné par la relation vue précédemment : Fe ୔୛ቜ൩ ݊ః୒൥ ባቛH 10 tandis que : d"où Fe ቛHOଡ଼ቜ୓൩ ݊ః୓൥ ባቛH 10

Ainsi, la loi de N

ERNST, appliquée au couple Fe቗IIIቘ Fe቗IIቘ⁄, devient-elle : ୕൩ ݄୒୑ൢ 0,059logባቛFe Fe 10

୒୑ൢ 0,059 ൥቗14 ൢ log݊ః୒ൣ log݊ః୓ቘൣ 0,059 ൥ pH

൩ 0,77 ൢ 0,059 ൥ ቛ14 ൢ log቗2,6.10 ce qui conduit finalement à :

Remarque : on s"assure de la continuité de la frontière Fe቗IIIቘ Fe቗IIቘ⁄ en

pH ൩ pH ୓ en comparant : ୔቗pH୓ቘ൩ 1,030 ൣ 0,177 ൥ 6,34 ൩ ൣ0,092 V et ୕቗pH୓ቘ൩ 0,282 ൣ 0,059 ൥ 6,34 ൩ ൣ0,092 V - Frontière ࢎ૸

Le couple Fe

୓୛Fe⁄, de demi-équation Fe୓୛ൢ 2eଡ଼൩ Fe, présente le potentiel :

EXERCICES D"OXYDOREDUCTION Thierry ALBERTIN

Potentiels standards, loi de N

ERNST, diagrammes ݄ȃpH http://ts2-thierrymaulnier.wifeo.com/

10 / 11

୓൩ ݄୓୑ൢ0,059

2logቛFe୓୛ቜ

Or, dans le domaine de stabilité de Fe

୓୛, l"identité ቛFe୔୛ቜൢቛFe୓୛ቜ൩ ݂ఄ

devient : Fe ൢቛFe୓୛ቜ൩ ݂ఄ soit Fe ୓୛ቜ൫ ݂ఄ൩ 0,1 mol.Lଡ଼୒

Par conséquent :

quotesdbs_dbs15.pdfusesText_21

[PDF] oxydoréduction cours

[PDF] exercices oxydoréduction 1s

[PDF] projet eps nouveaux programmes

[PDF] exemple projet eps college 2016

[PDF] projet eps 2017

[PDF] projet eps 2016-2017

[PDF] projet pédagogique eps collège 2016

[PDF] projet pédagogique eps collège

[PDF] projet eps collège 2016

[PDF] exercice perimetre 6eme

[PDF] exercice perimetre cm2

[PDF] exercice périmètre ce2 lutin bazar

[PDF] glucocorticoide surrénale

[PDF] les anti inflammatoires stéroidiens pdf

[PDF] glucocorticoïdes mécanisme d'action