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Exercice 1 : illustrer les réponses par le tracé des courbes intensité-potentiel 1- Décrire et tracer la courbe intensité-potentiel obtenue sur électrode

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Thermochimie2019-2020TD n°6 de la thermochimie

Courbe intensite-potentiel

Exercice 1.Trace manuel de courbes i-E

On considerera ici qu'un degagement gazeux est eectif quand la pression partielle du gaz vaut 1,0 bar.

1. En s upposantl ess ystemesr apidese te nn egligeantto uteox ydationou r eductionde l' eau, etablir l'allure des courbes i-E dans les deux cas suivants : (a) El ectrodede pl atinepl ongeantd ansun es olutionte lleq ue[Fe2+] = 10[Fe3+] = 0;10mol:L1.

On donneE(Fe3+=Fe2+) = 0;77V.

(b) L amed' argentp longeantdan su nes olutionte lleq ue[Ag+] = 0;10mol:L1(E(Ag+=Ag) =

0;80V).

(c) L amed' argentpl ongeantdans u nes olutionte lleq ue[Ag+] = 0;20mol:L1. (d) L amed 'argentr ecouvertede c hlorured' argent(AgCl(s);pKS= 10)plongeant dans une solution telle que[Cl] = 0;10mol:L1. (e) 2. T racerl 'allurede l ac ourbei -Ep ouru ne electrodede pl atineplon geantd ansu nes olutionaq ueuse desaeree de pH = 5,0. La surtension d'oxydation de l'eau vaut dans ces conditions 0,50 V et celle pour la reduction de l'eau vaut 0,20 V. Exercice 2.Explication de transformations redox par le trace de courbes i-E 1. T racerl 'allurede sc ourbesi -Ep ourr endrec omptede sr esultatse xperimentauxs uivants: (a) L ef ere stox ydep aru nes olutiond' acidec hlorhydriquem aisp asle c uivre. (b) L ec uivree stox ydep aru nes olutiond' acideni trique( avecd egagementde NO )ma isp as par une solution d'acide chlorhydrique. (c) L epl ombn 'estp asox ydep aru nes olutiond' acidec hlorhydriquealor sq ueE(Pb2+=Pb(s))<

E(H+=H2).

2. L' aluminiumpur n 'estp asatta quep arde ss olutionsac idesde pH >3,0. Si on touche la plaque d'aluminium avec un l de platine, on observe un important degagement gazeux de dihydrogene sur le l de platine. Interpreter ce resultat experimental.

Exercice 3.Obtention de zinc par electrolyse

Le zinc est obtenu, en grande

partie, par electrolyse d'une solu- tion acide de sulfate de zinc. Les courbes intensite-potentiel mises en jeu lors du processus sont donnees ci-dessous.

NB : l'echelle horizontale n'est, vo-

lontairement, pas respectee.1.Q u'obtient-onp ar electrolysede l as olutionde s ulfatede z inc? 2. Q uellee stla di erenced ep otentielmi nimale aappl iquer? 3. L as olution a electrolyserc ontient,c ommeim pureteu nc ationm etalliquesu sceptibled' ^etrer eduit en metal. Est-ce g^enant si le metal en question est plus reducteur que le zinc? M^eme question qu'il est moins reducteur que le zinc?MP-Spe 1 http ://prepanouar.sup.fr Thermochimie2019-2020Exercice 4.Ranage electrolytique du cuivre

Le ranage electrolytique du cuivre consiste

a placer du cuivre impur comme anode dans une solution concentree de sulfate de cuivre [Cu2+aq+ (SO4)2aq]. Une electrode support (en acier inoxydable) est placee en vis-a-vis pour y deposer le cuivre par reduction cathodique.

Les seules impuretes contenues dans l'anode

de cuivre sont le plomb Pb(s) et l'argent Ag(s).

Les courbes intensite-potentiel relatives aux

dierents couples en presence sont represen- tees ci-dessous.EAdesigne le potentiel auquel

est portee l'anode etECcelui de la cathode.1.Q ueller eactions pontanees ed eroulelor sde l 'introductiondu c uivrei mpurdan sle b ain electro-

lytique. 2.

Ec rirela ( les)r eaction(s)ob servee(s) al' anodep endantl 'electrolyse.M ^emeq uestion al ac athode.

3. Ex pliquerl 'inter^etde c ettem ethodeq uant al ap uricationdu c uivre.Sou sq uellefo rmee st recupere l'argent? Exercice 5.Preparation du dichlore par le procede a cathode de mercure 1.

1. L ediag rammeE- pHdu c hloree stt race, a298 K, p ourune c oncentrationatom iquee nc hlore

dissoute egale aCT= 101mol:L1, en se limitant aux especesCl;Cl2(aq);HClOetClO.

On suppose l'equirepartition des atomes de chlore aux frontieres.(a)A p artirdu dia gramme,d eterminerpKa(HClO=ClO).

(b) L' eaud eJ avele stpr epareep arr eactione ntrele di chloree tl' hydroxydede s odium.Ec rire l'equation-bilan de la reaction de formation de l'eau de Javel. Que se passe-t-il si on melange de l'eau de Javel avec un detergent acide? 2. L edic hloree stpr oduitp ar electrolysed' unes olutionc oncentreede c hlorurede s odiumpr ea- lablement puriee. D'apres les valeurs des potentiels standard, quelle devrait ^etre la reaction d'electrolyse? 3. L eprocede au mercureutilise une anode en titane et une cathode en mercure liquide, le fond cathodique etant incline de maniere a extraire les dep^ots cathodiques. Na(Hg) represente le sodium amalgame par le mercure.MP-Spe 2 http ://prepanouar.sup.fr

Thermochimie2019-2020(a)D 'apresl esc ourbesi ntensite-potentiel,pr evoirl esr eactionsa nodiquee tc athodiqueai nsi

que le bilan de l'electrolyse. Estimer la tension minimale d'electrolyse. (b) L' industrielap pliquee nr ealiteun et ensionde 4 V : p ourquoic ete xcesde te nsion?E stimer alors la densite de courant qui circule dans le circuit. (c) Ca lculerl am assede s odiumam algamee n1h p aru nenapp ed eme rcured e30m2. (d) Ex pliquerp ourquoil eb aine sttam ponnee nm ilieuac ide( pH= 4) . (e) Es timerl as urtensionano dique ac ourantnu lp ourO2(g)=H2Osur le titane, et la surtension cathodique a courant nul pourH+=H2(g)sur mercure. 4. L' amalgameNa( Hg)s 'ecoulep arg ravites url epl aninc linee te ste nvoyed ansun d ecomposeur (cylindre en acier, garni a l'interieur de morceaux de graphite) ou il reagit avec l'eau.

A l'aide des courbes intensite-potentiel, montrer qu'il se produit deux reactions : l'une a la surface

du mercure, l'autre a la surface du fer. Quels sont les produits qui sortent du decomposeur?Donnees :E(Na+=Na) =2;70V;E(Na+=Na(Hg)) =1;70V;E(Cl2(aq)=Cl) = 1;40V

M(Na) = 23g:mol1;C(H+=H2) =0;70Vsur graphite

Exercice 6.Corrosion du zinc

Le diagramme potentiel-pH simplie du zinc est donne gure ci-dessus pour une concentration en especes dissoutesc0= 1106molL1. Les especes prises en compte sontZn;Zn2+;Zn(OH)2(s)et Zn(OH)24. Les conventions defrontiere sont les suivantes : il y a egalite des concentrations a la frontiere entre deux especes dissoutes; a la frontiere entre une espece dissoute et une espece solide, la concentration de l'espece dissoute

est prise egale a la concentration de tracec0.1.Pl acerle sdi erentese specess urc edi agramme,e nju stiant.I dentierl esdom ainesd' immunite,

de corrosion et de passivation du zinc. 2. R etrouverle sv aleursr emarquablesdu di agramme( E1;pH1etpH2) et les pentes des droites frontieres A/C et A/D.MP-Spe 3 http ://prepanouar.sup.frquotesdbs_dbs2.pdfusesText_3

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