Chimie générale : Série 3 d'exercices corrigés chimie.pdf
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Page 1sur2 K. ZIAT Université Abdelmalek Essaadi
GI-1-3, GI-5, GI-7 Faculté des Sciences et TechniquesGE/GM-1 Tanger
Module C111/2 Série 3 1- Déterminer l'oxydant et le réducteur dans les oxydoréductions suivantes : a- 2Na + Cl
2 ⇔ 2NaCl b- SO
2 + 2H2 S ⇔ 3S + 2H2 O 2- Ecrire les demi-équations des couples oxydant/réducteur suivants en milieu acide : NO3 -
(aq) / HNO
2 (aq)MnO 2(aq) / Mn2+ (aq) S
(s) / H2 S(aq) Fe3 O
4 (s) / Fe2+ (aq)
3- Ecrire les demi-équations des couples oxydant/réducteur suivants en milieu basique : AsO2 -
(aq) /As(s) AgO
(s) /Ag2 O(s) O
2(g) / HO- (aq)FeO 42- (aq) / FeO(OH)(s) 4- Une solution acidifiée de permanganate de potassium (K+ , −4 MnO ) réagit avec une solution contenant des ions chlorure Cl- . Il se forme du dichlore Cl
2 gazeux. a- D'après les couples oxydant/réducteur donnés ci-dessous, écrire les demi-équations correspondant à ces couples : (aq)4 MnO− /Mn2+ (aq) ; Cl2(g) /Cl- (aq)
. b- En déduire l'équation bilan de la transformation chimique qui se produit dans cette expérience. c- Quelle est la valeur du volume de dichlore que l'on peut préparer à partir de 10 g de permanganate de potassium solide. L'acide sera mis en excès. Données : Volume molaire dans les conditions de l'expérience V
m = 25 L.mol-1 . Masse molaire (en g.mol-1 ) : K = 39,1 Mn = 54,9 O=16,0. 5- Une réaction de dismutation est une réaction d’oxydoréduction au cours de laquelle une même espèce chimique réagit en tant qu’oxydant d’un couple et en tant que de réducteur d’un TD de Chimie en solution C111/2-2011-2012
Page 2sur2 K. ZIAT autre couple. L’eau de javel est une solution équimolaire d’hypochlorite de sodium,−+ +ClONa, et de chlorure de sodium. Le chauffage prolongé d’une solution d’eau de javel conduit à la transformation d’ions chlorate −3 ClO et chlorure− Cl. a-Ecrireles demi-équations
d’oxydoréduction
relativesaux couples −−ClOClO/ 3et −−
ClClO/. b- En déduire l’équation de la réaction de dismutation des ions hypochlorite− ClO. 6- Soit la pile : Fe/Fe2+ //Sn2+ /Sn a- Quels sont les pôles positif et négatif de cette pile ? b- Ecrivez les demi-réactions aux électrodes et l’équation bilan ? c- Quelles sont les concentrations finales en ion Fe
2+ et Sn
2+ si chaque demi-pile contient au départ 50 mL de solution 0,1 M et si la lame de fer a diminué de 28 mg ? Données : E° (Fe2+ /Fe) = -0,44 V ; E° (Sn2+ /Sn) = -0,136 V. 7- Une pile bouton contient 1,85 g d’oxyde d’argent. a- Ecrivez les réactions d’oxydation et de réduction entre les couples Ag2 O / Ag (E
° = 0,34 V) et Zn(OH)4 2- / Zn (E
° = –1,20 V). b- Quelle est la tension à vide fournie par la pile ? c- Quelle est la masse de Zn qui disparaît pendant le fonctionnement de la pile ? 8- On considère la pile suivante : Cu/Cu
2+ (0,1M) // Fe
3+ (0,4M), Fe
2+ (0,4M)/Pt a- Déterminer le potentiel de chacune des électrodes et en déduire leurs polarités. Calculer la f.e.m initiale de la pile. b- Donner le schéma de cette pile en précisant le sens du courant électrique et celui de migration des ions dans le pont salin qui est une solution de KCl. Donner les demi-réactions redox qui ont lieu au niveau de chaque électrode. c- Ecrire la réaction bilan. Calculer la constante d’équilibre. d- Après une durée de fonctionnement, le potentiel de l’électrode Cu(s) devient égal à 0,32V. Calculer dans ces conditions la concentration des ions Cu2+ . Données : E° (Cu2+ /Cu(s)) = 0,34 V ; E° (Fe3+ /Fe2+ ) = 0,77 V.
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GI-1-3, GI-5, GI-7 Faculté des Sciences et Techniques
G-1-GE/GM
Tanger Corrigé de la série 3 1- On attribue les nombres d'oxydations pour chaque élément à gauche et à droite de l’équation : a-
2Na + Cl
2 ⇔ 2NaCl Na passe de 0 à +1, donc donne 1 électron : Na est le réducteur. Cl passe de 0 à – 1, donc accepte 1 électron : Cl est l'oxydant. b-SO 2 + 2H2 S ⇔ 3S + 2H2 O S dans le SO
2 passe de +IV à 0, donc accepte 4 électrons : SO
2 est l'oxydant. S dans H2 S passe de –II à 0, donc donne 2 électrons : H2 S est le réducteur. 2- Milieu acide :)(2 )(2 )()( 3 32l aqaq aq
OHHNOHeNO+⇔+++−− )(2)( 2)( (aq)2 2 42 laqaq OHMnHeMnO+⇔++++− )(2)( )( 22aq aqs SHHeS⇔+++− )(2)( 2)( )(43 4382l aqaqs OHFeHeOFe+⇔++++− 3- Milieu basique : −−−
+⇔++OHAsOHeAsOs aq
4 23)(2 )(2 −−
+⇔++OHOAgOHeAgO22222 −−
⇔++HOOHeO42422 −−−
+⇔++OHOHFeOOHeFeO5)(332 24 4-a- Les demi-équations des couples MnO4 -/Mn 2+ et Cl2 /Cl
- sont :[ )(2(aq) 2)( (aq)4 4
58 laq OHMneHMnO+⇔+++−+− ]×2
(1) -II -II +I IV+I 0 -II 0 0 +I -I TD de Chimie en solution C111/2-2011-2012
Page 2sur5 K. ZIAT[ −−+⇔eClCl g
2 2)( 2(aq) ]×5
(2) b- Equation bilan de la transformation Pour avoir le même nombre d'électrons échangés il faut multiplier les coefficients stœchiométriques de l'équation (1) par 2 et de l'équation (2) par 5.
OHMneHMnO2 24 82 10162+⇔+++−+− −−
+⇔eClCl105 102 OHClMnHClMnO22 24 8 5 2 16 102++⇔++++−− c- Volume de dichlore Cl2 Mise en solution : −++→ 44 MnOKKMnOeau Soit n
0 le nombre de mole de MnO4 -
. On a molM mn KMNO2 010.3,6 15810 4− ===
OHClMnHClMnO22 24 8 5 2 16 102++⇔++++−− état final n0 -2xn 1
-10x excès 2x
5x Si tout MnO4 - est consommé pour produire un maximum de dichlore, on aura n0 -2x=0 ⇒ .10.15,32 10.3,62 22 0mol nx −− === Il se formera .10.575,110.15,35512 2molxn Cl−− =×== Le volume de dichlore est .94,310.575,125 122 22 LnVVn VV ClmClCl Clm =×=×=⇒=− 5-a-Demi-équations d’oxydoréduction : oxydant
OHClHeClO↑ ×+⇔++−+−− 2] 22[2 réducteur
2 4423 ↑+⇔++ −+−−
OHClOHeClO)()( 44− =MnOnKMnOn
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Page 3sur5 K. ZIAT b- Réaction de dismutation :
OHClHeClO2 22 442+⇔++−+−− +−−−
++⇔+HeClOOHClO44 232 −−−+⇔ 3
2 3ClOClClO 6-a- On a E° (Sn2+ /Sn)>E° (Fe2+ /Fe) ⇒ le couple Sn2+ /Sn donne lieu à la réaction de réduction (cathode ou pôle positif), tandis que le couple Fe2+ /Fe donne lieu à la réaction d’oxydation (anode ou pôle négatif). b- Les demi-réactions : Réduction :Sn 2+ + 2
e- ⇔ Sn
cathode ou pôle positif Oxydation :
Fe ⇔ Fe
2+ + 2e- anode pôle négatifSn 2+ + Fe ⇔ Sn + Fe2+ c- D’après la réaction bilan, une mole de Fe réagit avec une mole de Sn2+ . La masse du fer a diminué de 28mg ; nous allons calculer le nombre de mole de Fe correspondant à cette masse : On a .10.014,5845,55 028,04 molM mn FeFe −
=== Calculons le nombre de mole initial de Fe
2+ : . 005,01,005,02 molninit Fe=×= +
Le nombre de mole de Fe
2+ à l’équilibre est : . 0055,010.014,5005,04 2moln finalFe =+=− +
La concentration finale de Fe
2+ est : []
.mol.L 11,005,0 0055,01-2 ==+ Fe La concentration finale de Sn
2+ est
: []
.. 08997,005,0 10.014,5005,01 42− −+ =− =LmolSn 7-a- Les réactions correspondantes aux deux couples Ag2 O/Ag et Zn(OH)4 2- / Zn sont : Réduction :−− +⇔++OHAgOHeOAg22222 Oxydation :−−− +⇔+eOHZnOHZn2)(42 4
b- La tension à vide correspond à : ∆E
° = E° ( Ag2 O/Ag) − E° (Zn(OH)4 2- / Zn) = 0,34-(-1,20) = 1,54 V E° ( Ag2 O / Ag)>E° (Zn(OH)4 2- / Zn) TD de Chimie en solution C111/2-2011-2012
Page 4sur5 K. ZIAT c- Pour calculer la masse du zinc, il faudrait calculer le nombre de mole d’oxyde d’argent à disposition : . 00798,074,231 85,12 molnOAg == D’après l’équation bilan, on a 1 mole de Ag2 O réagit avec une mole de Zn : −−+⇔+++ 2422 )(22OHZnAgOHOHZnOAg
. 00798,02 molnnOAgZn == La masse de Zn consommée est : .522,0409,6500798,0gmZn =×= 8-a- On a [][] ba dOx n, EE Relog 060+= o pour une réaction aOx + ne
- ⇔ bRed E(Fe3+ /Fe2+ ) > E(Cu2+ /Cu) ⇒ l’électrode Pt/Fe3+ , Fe
2+ est la cathode (pôle positif) ; l’électrode Cu/Cu
2+ joue le rôle de l’anode (pôle négatif). E
c = E(Fe3+ /Fe2+ ) ; E
a = E(Cu2+ /Cu); E
c et E
a sont les potentiels normaux de la cathode et de l’anode. Réduction :Fe 3+ + 1e
- ⇔ Fe2+ (α) E
c = []
[] V, ,
,. . Fe
Fe, ) /Fe(Fe E) /FeE(Fe77040 40log 1060 770log1 0602 32323 =+=+=+ +++++o Oxydation :
Cu ⇔ Cu
2+ + 2e- (β) E
a = []+++ +=222 log2 060Cu , /Cu) (Cu E/Cu) E(Cuo . E
a 2+
b- Le schéma est le même que celui du cours. Calcul de la force électromotrice f.e.m : f.e.m = E
c – E
a = 0,77 – 0,31 = 0,46 V. c- A la cathode, on a la réaction de réduction : voir (α). A l’anode, on a la réaction d’oxydation : voir (β). La réaction bilan est : Cu + 2 Fe
3+ ⇔ Cu
2+ + 2 Fe2+ f.e.m.= []
[] []++ ++++ +−=2 22 23 223log 206,0 CuFe
Fe /Cu) (CuE)/Fe(Fe E - EEac oo
= E(Cu/Cu) = 0,34 + 0,03 log[0,1] = 0,31 V. TD de Chimie en solution C111/2-2011-2012
Page 5sur5 K. ZIAT A l’équilibre, ∆G = 0 ⇒ f.e.m = 0 ⇒ ..,eq K, ,E 143314060 2
101521010===o d- On a : [][][][] M. Cu Cu
- Cu
Cu /Cu) (Cu E Εa 215,0log03,002,0
log03,034,0log2 06,032,0 22222 =⇒=⇒+=+== +++++o