Aurélie 30/11/08
 

 

Pile, électrolyse concours Fesic 2008

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On utilise la pile suivante :

Lors du fonctionnement de la pile, la transformation est modélisée par l’équation de réaction :

2 Ag+(aq) + Zn(s) = 2 Ag(s) + Zn2+(aq)

La constante de cette réaction K est égale à 7,6.1052.

A- Le métal zinc Zn est le pôle positif de la pile. Faux.

Le métal zinc s'oxyde et libère des électrons : c'est l'anode négative de la pile.

Zn(s) = Zn2+(aq) + 2e-.

B- Au pôle positif, on observe un dépôt d’argent. Vrai.

L'argent constitue la cathode positive : les ions argent se réduisent en argent métallique.

2 Ag+(aq) +2e- = 2Ag(s)

Le pont salin est constitué d’un papier absorbant imbibé d’une solution aqueuse de nitrate de potassium (K+ (aq) + NO3-(aq)).

C- Les ions nitrate NO3-(aq) se déplacent du compartiment A vers le compartiment B. Faux

Dans le compartiment A des ions Zn2+(aq) apparaissent ; la solution A doit rester électriquement neutre : en conséquence des ions nitrate migrent du pont salin vers le compartiment A.

Les deux compartiments contiennent initialement des solutions de même concentration c0 = 1,0.10–2 mol/L. Les métaux constituant les électrodes sont en excès.

D- Lorsque la pile est usée, [Ag+]f = 5,0.10–3 mol/L. Faux.

Le tableau suivant est étali pour un volume V = 1 L de chaque solution.


avancement (mol)
2 Ag+(aq)
+Zn(s)
= Zn2+(aq)
+2Ag(s)
initial
0
1,0.10-2
en excès
1,0.10-2
en excès
en cours
x
1,0.10-2 -2x
1,0.10-2 +x
fin
xfin
1,0.10-2 -2xfin
1,0.10-2 + xfin
K étant grand, la réaction est totale et xfin est voisin de xmax ; l'ion argent constitue le réactif limitant :

1,0.10-2 -2xfin~ 0 ; xfin~ 5,0.10-3 mol. [Zn2+]f ~1,5.10-2 mol/L.

K =
[Zn2+]f
[Ag+]f 2
; [Ag+]f =
[Zn2+]f½
K ½
=
(1,5.10-2)½
(7,6.1052)½
[Ag+]f ~ 4 10-28 mol/L.

 





Dans l'industrie monétaire, on cuivre une rondelle d'acier pour obtenir certaines pièces de monnaie comme les pièces de 1, 2 et 5 centimes d'euros. Le cuivrage s’effectue par électrolyse d’une solution aqueuse de nitrate de cuivre (II) de formule chimique : Cu2+(aq) + 2 NO3-(aq).

L’une des électrodes de l’électrolyseur est constituée par un très grand nombre de rondelles à cuivrer, l’autre est en cuivre.

Donnée : 1 Faraday : F = 96500 C.mol-1.

A- Il s’agit d’une transformation forcée. Vrai.

Une électrolyse est une transformation forcée : elle nécessite un apport d'énergie sous forme électrique

B- Les rondelles d’acier se trouvent à l’anode de l’électrolyseur. Faux.

Les rondelles doivent être recouvertes de cuivre métallique ; les ions Cu2+(aq) subissent une réduction.

Une réduction se déroule à la cathode négative.

C- La concentration de l’électrolyte en ions cuivre diminue pendant l’électrolyse. Faux.

Les ions Cu2+(aq) subissent une réduction à la cathode et disparaissent de la solution.

A l'anode le cuivre métallique s'oxyde en ion Cu2+(aq).

La quantité de matière d'ion Cu2+(aq) reste donc constante.

D- Une intensité de 1000 A doit circuler pendant 9650 s pour déposer 3,175 kg de cuivre sur les rondelles. Vrai.

M(Cu) = 63,5 g/mol.

n(Cu) =3175 / 63,5 =50 mol.

Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s) ; n(e-) = 100 mol.

La charge d'une mole d'électrons vaut, en valeur absolue, 1Faraday = 96500 C.

Quantité d'électricité : Q= 96500*100 = 9,65 106 C

Q= It ; I =9,65 106 /9650 = 1000 A.



On introduit, dans un tube en U, 100 mL d’une solution aqueuse de chlorure de sodium. Le tube en U estplacé sous la hotte du fait d’un dégagement gazeux de dichlore. On branche deux électrodes de graphite inattaquables A et B à un générateur de tension continue. La quantité d’électricité traversant le circuit est alors égale à 965 C. Le résultat observé est le suivant :

Données : couple 1 : H2O(l) / H2(g) ; couple 2 : Na+(aq) / Na (s) ; couple 3 : O2(g) / H2O(l) ; couple 4 : Cl2(g) / Cl-(aq).

Zone de virage de la phénolphtaléine :

1 F= 96500 C ; Volume molaire Vm = 22 L/mol dans les conditions de l'expérience.

A- La réaction susceptible de se produire à l’électrode B fait intervenir le couple n°3. Faux.

Le gaz verdâtre est du dichlore ; à l'électrode B, (anode positive) on observe l'oxydation des ions chlorures suivant :

2 Cl-(aq) = Cl2(g) + 2e-. (couple 4).

B- La quantité de gaz formée à l’électrode A est double de celle formée à l’électrode B. Faux.

A la cathode négative A, réduction de l'eau suivant : 2H2O(l) + 2e- = H2(g) + 2HO-(aq). (1)

La quantité de matière de H2(g) est égale à celle de dichlore.

C- La concentration des ions responsables du rosissement de la phénolphtaléine est égale à 1,0.10-1 mol/L. Vrai.

Quantité de matière d'électron : 965 / 96500 = 1,0 10-2 mol.

D'après (1) la quantité de matière d'ion hydroxyde HO- est égale à la quantité de matière d'électron soit 0,010 mol.

[HO-(aq)] = n/V = 0,010 / 0,1 = 0,10 mol/L.

D- On recueille 11 mL de gaz dans le tube disposé sur l’électrode A. Faux.

D'après (1) la quantité de matière de dihydrogène est égale à la moitié de la quantité de matière d'électron soit 5,0 10-3 mol.

volume H2(g) = n Vm = 5,0 10-3 *22 = 0,11 L = 1,1 102 mL.






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