Réaction d'oxydoréduction avec le couple Zn2+/Zn

Bac S Septembre 2010 Antilles Guyane (6,5 points) CORRECTION ©
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EXERCICE I. RÉACTION D'OXYDORÉDUCTION AVEC LE COUPLE Zn2+(aq)/Zn(s) 1. Première expérience : réaction avec le couple Cu2+(aq) / Cu(s)
1.1. (0,25 pt) Cu2+(aq) + Zn(s) = Zn2+(aq) + Cu(s)
équation (1) [pic]
1.2. (0,5 pt) [pic] [pic]
[pic] Qr, i = 0,50 1.3. (0,5 pt) Qr, i < K, le système va alors évoluer dans le sens direct,
c'est-à-dire vers la formation d'ions zinc et de cuivre métallique.
Ceci est en accord avec les observations expérimentales : la solution,
initialement bleue, devient incolore donc disparition des ions cuivre (II),
un dépôt rougeâtre de cuivre se forme. 2. Deuxième expérience : étude de la pile zinc-aluminium
2.1.1. et 2.1.2.
(0,5 pt + 0,125 pt)
2.2.1. (0,25 pt) D'après l'équation : 3 Zn2+(aq) + 2 Al (s) = 2
Al3+(aq) + 3 Zn (s)
Il se forme du zinc, on obtient à l'électrode de zinc : Zn2+(aq) +
2e( = Zn(s)
Et à l'électrode d'aluminium : Al(s) = Al3+(aq)
+ 3e( 2.2.2. (0,25 pt) Les électrons sont fournis par l'électrode d'aluminium, et
ils sont consommés à l'électrode de zinc. Les électrons circulent de la
plaque d'aluminium vers la plaque de zinc. 2.2.3. (0,25 pt) Voir schéma ci-dessus. Le courant circule dans le sens
contraire de celui des électrons et ceux-ci sont attirés par le pôle
positif de la pile. 2.3.1. (0,5 pt) [Zn2+(aq)] = 3,0(10 (1 mol.L-1 pour un volume V = 100 mL :
n(Zn2+)i = [Zn2+(aq)].V
n(Zn2+)i = 3,0(10 (1(0,100 = 3,0(10 (2 mol
[pic]
n(Al)i = [pic] = 0,11 mol |2.3.2. (0,875 pt) | 3 Zn2+(aq) + 2 Al (s) = 2 | |
|Équation |Al3+(aq) + 3 Zn (s) | |
|État du |Avancement |Quantité de matière (mol) |Quantité |
|système |(mol) | |d'électron|
| | | |s échangée|
| | | |(mol) |
|État initial|0 |n(Zn2+)i = |n(Al)i = |1,0(10-2 |4,6(10-2 |0 |
| | |3,0(10-2 |0,11 | | | |
|En cours de |x |3,0(10-2 - |0,11 - 2x |1,0(10-2 |4,6(10-2 |6x |
|transformati| |3x | |+ 2x |+ 3x | |
|on | | | | | | |
|État maximal|xmax |3,0(10-2 |0,11 - |1,0(10-2 |4,6(10-2 |6xmax |
| | |- 3xmax |2xmax |+ 2xmax |+ 3xmax | |
Si les ions zinc constituaient le réactif limitant, on aurait : 3,0(10 (2-
3xmax = 0,
soit xmax = [pic]= 1,0(10-2 mol
Si l'aluminium était le réactif limitant, on aurait 0,11 - 2xmax = 0, soit
xmax = [pic] = 5,5(10-2 mol
Zn2+ conduit à l'avancement maximal le plus faible, c'est le réactif
limitant et
xmax = 1,0(10-2 mol
2.3.3.(0,375 pt) Qmax = n(e-).F n(e-) : quantité d'électrons
échangée
Qmax = 6xmax.F
Qmax = 6(1,0(10-2(9,65(104 = 5,8(103 C 3. Troisième expérience : électrolyse d'une solution d'iodure de zinc
3.1.1. (0,125 pt) Au niveau de l'électrode B, la solution prend une teinte
orangée caractéristique de l'apparition du diiode I2.
3.1.2. (0,125 pt) 2I((aq) = I2(aq) + 2e(
3.2. (0,125 pt) Sur l'électrode A on observe un dépôt de zinc : Zn2+(aq) +
2e( = Zn(s)
3.3. (0,25 pt) À l'anode, il se produit une oxydation : l'électrode B est
l'anode.
À la cathode, il se produit une réduction : l'électrode A est la cathode.
3.4.1. (0,5 pt) D'après la demi-équation : Zn2+(aq) + 2e( = Zn(s), on a
[pic] = n(Zn)formé.
[pic]
[pic] = 4,59(10 (2 mol
3.4.2. (0,25 pt)
Q = n(e-).F Q = 4,59(10-2(9,65(104 = 4,43(103 C
(ou Q = n(e-).NA.e Q = 4,59(10-2(6,02(1023(1,60(10(19 = 4,42(103 C)
3.4.3. (0,375 pt) Q = I.(t avec I = Cte [pic]
(t = [pic] = 8,85(103 s (ou 8,84(103 s)
4. Bilan (0,375 pt)
|Transformation |spontanée |forcée |nécessitant de |libérant de |
|chimique | | |l'énergie |l'énergie |
|Première |( | | |( |
|expérience | | | | |
|Deuxième |( | | |( |
|expérience | | | | |
|Troisième | |( |( | |
|expérience | | | | | -----------------------
Résistance Électrons Sens du courant - + Pont salin Solution de sulfate de zinc Solution de sulfate d'aluminium Lame de zinc Lame d'aluminium