Pile et électrolyse avec le cuivre (correction)

Pile et électrolyse avec le cuivre (correction)
I. Pile de concentration :
1. À l'électrode 1 positive, il y a une réduction : Cu2+(aq) + 2 e- = Cu(s)
À l'électrode 2 négative, il y a une oxydation : Cu(s) = Cu2+(aq) + 2 eBilan : Cu(s) + Cu2+(aq) = Cu2+(aq) + Cu(s)
K=1
2.a. Quotient réactionnel initial : Qr, i = [Cu2+ ]2 / [Cu2+ ]1 = 1,0.10-2 / 1,0 = 1,0.10-2
b. Qr, i < K . D'après le critère d'évolution spontanée, le système chimique évolue dans le sens
direct de l'équation. La valeur de Qr, i est donc cohérente avec la polarité proposée.
Les concentrations finales restent constantes quand l'équilibre est atteint.
Qr, éq = [Cu2+ ]2 / [Cu2+ ]1 = 1,0 ⇒ [Cu2+ ]2 = [Cu2+ ]1
II. Dépôt de cuivre par électrolyse :
1.a. Pour réaliser une électrolyse, il faut brancher un générateur aux bornes du système chimique.
b. Le générateur impose un sens de circulation des électrons dans le système chimique qui va
évoluer en sens inverse de la réaction spontanée.
Les électrons sortent de la borne – du générateur.
À l'électrode reliée à la borne – du générateur, il y a une réduction : Cu2+(aq) + 2 e- = Cu(s) (dépôt de
cuivre sur le métal)
À l'électrode reliée à la borne + du générateur, il y a une oxydation Cu(s) = Cu2+(aq) + 2 e- l’électrode
de cuivre fournit les électrons au circuit.
c. Le courant sort de la borne + du générateur, circule dans le circuit et revient vers la borne -.
Les électrons circulent en sens inverse. L'électrode + est reliée à la borne + du générateur et
l'électrode – est reliée à la borne – du générateur.
2.a. Q = I . t = 0,400 x 1 x 60 x 60 = 1440 C
b. Q = n(e-).F ⇒ n(e-) = Q / F = 1440 / 96500 = 1,49.10-2 mol
c. D'après la demi-équation, n(e-) = 2 ndisp(Cu2+)
d. ndép(Cu) = ndisp(Cu2+) = n(e-) /2 = 7,45.10-3 mol
e. m(Cu) = n(Cu) . M(Cu) = 7,45.10-3 x 63,5 = 0,473 g
III. Détermination d'une concentration en ions cuivre (II) :
1.
Equation chimique
Etat initial
Avancement x = 0
Etat intermédiaire
x
Etat final
xmax
2 Cu2+(aq) + 4 I-(aq) = 2 CuI(s) + I2 (aq)
n0
excès
0
0
n0 – 2x
2x
x
n0 – 2 xmax
2 xmax
n1 = xmax
On suppose la réaction totale, cela est indispensable pour toute réaction de dosage.
Le réactif limitant Cu2+ est complètement consommé à l'état final : n0 – 2 xmax = 0 ⇒ xMax = n0 / 2
n1 = x max = n0 / 2
F.FELDIS
pile et électrolyse avec le cuivre
correction
2.a. Le diiode a une couleur jaune-orange. Au cours du dosage, la solution se décolore peu à peu,
lorsque la coloration est jaune pale, on peut ajouter de l'empois d'amidon pour obtenir une
coloration bleu foncé plus visible. Lorsque la solution est incolore, on a atteint l'équivalence.
b. À l'équivalence, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stoechiométriques de
l'équation. On a alors : n(S2O32-)éq = 2 n(I2)0 = 2 n1 (d'après l'équation)
c. n1 = n(S2O32-)éq / 2 = c.Véq / 2 = 1,0.10-1 x 10,0.10-3 / 2 = 5,0.10-4 mol
d. n0 = 2 n1 = 1,0.10-3 mol
e. C0 = n0 / V0 = 1,0.10-3 / 0,100 = 1,0.10-2 mol.L-1
F.FELDIS
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