Exercice 1.
1. Schéma d' une pile de concentration, dans son foctionnement standard, utilisant les couples redox suivants: Ag+ / Ag et Cu2+ / Cu.
2. La différence de potentiel DE
de la pile, lorsque celle ci ne débite pas de courant électrique,
est égale à E° Ag+ / Ag - E° Cu2+
/
Cu.
Numériquement DE
vaut + 0,80 - 0,34 V, soit + 0,46 V.
3, 4 et 5. Le sens conventionnel du courant I, lorsque
la pile débite un courant électrique, est tel que I arrive
à l' anode.
Ici l' anode est constituée par le métal
cuivre, Cu.
Il y aura une oxydation anodique dans le compartiment
utilisant le couple redox Cu2+ / Cu.
On aura: Cu = Cu2+ + 2 e.
Il y aura une réduction cathodique au niveau du compartiment utilisant le couple Ag+ / Ag.
On aura: Ag+ + 1 e = Ag.
Bilan redox de fonctionnement de la pile de concentration:
2 Ag+ + Cu = Cu2+ + 2 Ag.
6. Au cours du temps on assistera à un épuisement de la concentration en ions Ag+ et à un enrichissement de la teneur en ions Cu (II).
7. Lorsqu' on fait passer à travers la pile un
courant continu I d' intensité égale à 20 mA pendant
1 heure on transporte une quantité d' électricité
Q égale à I.t.
Q sera exprimé en coulombs si I est en ampères
et t en secondes.
Q sera égal ici à 3600.20.10-3 C, soit 72 C.
Une mole d' électrons transporte, en valeur absolue, une charge égale à 6,02.1023.1,6.10-19 C, soit 96 320 C.
72 C représenteront alors 7,48.10-4 mole d' électrons.
Ces 7,48.10-4 mol d' électrons serviront à déposer la même quantité, exprimée en mol, d' argent métallique sur la cathode.
La masse d' argent métallique déposé sera égale à 108.7,48.10-4 g, soit 0,081 g, soit 81 mg.
Exercice 2.
Le dépot de nickel a une épaisseur e de 0,050 mm et s' étend sur une aire S égale à 425 cm2.
L' épaisseur a une valeur de 5.10-3
cm.
Le volume V de nickel déposé est égal à S.e, soit numériquement à 425.5.10-3 cm3.
Soit V = 2,125 cm3.
La masse volumique r du nickel vaut 8,9 g.cm-3.
la masse de nickel correspondante vaut r.V, soit, numériquement, 8,9.2,125 g, soit 18,91 g.
Cette quantité correspond à un nombre de moles de nickel égal à 18,91 / 58,7, soit 0,322 mol.
La réaction qui produit du nickel métallique est la suivante:
Ni2+ + 2 e = Ni.
Deux moles d' électrons sont nécessaires au dépot d' un mole de nickel.
Il a fallu transporter ici 2.0,322 mol d' électrons, soit 0,644 mol.
Sachant qu' une mole d' électrons transportés correspond, en valeur absolue, à 96 320 C, il a fallu ici transporter 0,644.96 320 C, soit 62 031 C.
Sachant que l' intensité du courant d' électrolyse est de 10 A, le temps mis pour le passage de cette charge électrique est égal à 62 031 / 10 s, soit 62 03 s.
Exercice 3.
Le dosage des ions Fe (II) par les ions permanganate, en milieu acide sulfurique, repose sur les deux demi-équations suivantes:
Oxydation des ions Fe(II) en ions Fe (III):
Fe2+ = Fe3+ + 1 e.
Réduction des ions permanganate en ions Mn (II):
MnO4- + 8 H3O+ + 5 e = Mn2+ + 12 H2O.
Bilan redox:
MnO4- + 8 H3O+ + 5 Fe2+ = Mn2+ + 5 Fe3+ + 12 H2O.
La solution de permanganate a une concentration égale
à 0,017 mol.L-1.
Le volume équivalent est égal à
19,5 mL.
La prise d' essai est de 10 mL.
Le nombre de moles d' anions permanganate versé à l' équivalence est égal à 0,017.19,5.10-3 mol, soit 3,315.10-4 mol.
Le nombre de moles d' ions Fe (II) présent dans les 10 mL de prise d' essai est égal à 5.3,315.10-4 mol, soit 1,658.10-3 mol.
La concentration [Fe2+] est égale à 1,658.10-3 / 10.10-3 mol.L-1, soit 0,166 mol.L-1.
Exercice 4.
Les alcools qui contiennent quatre atomes de carbone sont:
Le butan 1-ol. Alcool primaire.
Le butan 2-ol. Alcool secondaire.
Le 2-méthyl propan 1-ol. Alcool primaire.
Le 2-méthyl propan 2-ol. Alcool tertiaire.
L' oxydation ménagée du butan 1-ol donnera du butan 1-al et de l' acide butanoïque.
L' oxydation ménagée du butan 2-ol donnera de la butan 2-one, ou butanone.
Le butan 1-ol peut s' oxyder en aldéhyde, le butan 1-al:
CH3CH2CH2CH2OH + 2 H2O = CH3CH2CH2CH=O + 2 H3O+ + 2 e.
Les anions dichromate peuvent être réduits en ions Cr (III):
Cr2O72- + 14 H3O+ + 6 e = 2 Cr3+ + 21 H2O.
La réaction d' oxydation du butan 1-ol en butan 1-al par le dichromate de potassium, en milieu acide, est la suivante:
3 CH3CH2CH2CH2OH + Cr2O72- + 8 H3O+ = 3 CH3CH2CH2CH=O + 2 Cr3+ + 15 H2O.