Révisez Votre Bac - La Pile Daniell et Équilibres Chimico-Électriques

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Révisez Votre Bac - La Pile Daniell et Équilibres Chimico-Électriques

Chemistry (Electrochemistry and Reaction Equilibrium) · course

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Les Piles

I. La pile D' aniell: 1 °/Schema de la pile:

Zinc

2°/Symbole: Zn I Zn2+(C2) II Cu2+(C1) !Cu 3°/Equation associee: Zn +Cu2+ <

> Zn2+ +Cu

4°/Polarite de la pile: f.e.m: E = Vb(droite) E = Vb(Cu) - Vb(Zn) = 1,lV E > 0: dou {Cu pole I+) de la pile Zn pole (-) de la pile

- Vb(gauche)

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5°/Sens du courant et des electrons: Dans le circuit exterieur le courant circule du pole r+) Cu vers le pole I-) Zn

• ri i ~.10)1--i.

Loo~~),; .. t=j~11 _i_:-I

- ~(:, C9IVN

Z•

(Zn

; S0-1

2· )

( o..

2+

2· ; so"' )

6°/Equation spontanee: Cu pole I+}: Zn pole(-)

• Dans le compartiment de droite il se produit une reduction:

Cu 2+ + 2e

»Cu (gain d'electrons)

• Dans le compartiment de gauche il se produit une oxydation :

Zn

> Zn 2+ + 2e (perte d electrons)

• Equation spontanee

Zn +Cu2+-->Zn2+ +Cu

Remarque : On peut savoir le sens spontane par le signe de la f.e.m E. Si E > 0 alors la reaction associee est spontanee dans le sens direct. Si E < 0 alors la reaction associee est spontanee dans le sens inverse.

Page 1sur3

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II. Generalisation

: Schema de la pile

Pont Salin

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M - 1

I

n+

ions M1

"'r-..

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• Symbole de la pile

I ---··-

M 1csd) IM t+(C1)

II M ;+(c 2) IM 2csd)

• Equation chimique associee

M M n+...,...--~>Mn+ +M

2

(

1+

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2

• E =Vb (M2)- Vb (M1) a courant nul.

• Si E > 0 alors M2 pole(+) de la pile M1 pole ( - ) de la pile

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Tel: 25 361

197 / 53 371 502

c::> La reaction directe est possible spontanement quand la pile debite • Si E < 0 alors M2 pole I-) de la pile M1 pole ( +) de la pile

c::> La reaction inverse est possible spontanement quand la pile debite • Si E = 0 cad I = 0 le contenu de la pile est en equilibre chimique.

III.

Role du pont salin:

• Assure la fermeture du circuit • Assure la neutralite electrique des deux solutions dans les deux

IV.

compartiments. te.m d'une pile: M1 061og

1 ° / E = E 0

- O,

n relation de Nerst

n

I Mt+ llM;+ IM2 => M1 +M;+.-< __ > Mt+ +M2

Avec E0: force electromotrice standard de la pile: E0 = E0cducoup1edroite)- E0(ducoup1egauche) Remarque : E0 = E lorsque 7r = 1

•

;~ = [

~ [Mt J Mn+ 2

J es a one on es concen a ans re a ve a equa on c unique assocree a a p e .

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• n : nombre d'electrons echange au cours de la reaction.

2°/ Lorsque la pile est usee cad ne debite plus du courant (I= 0), on atteint I'equilibre dynamique ==> E = 0 et 7f eq = K.

0 06

!£ E0 =-'-logK ¢:::> K = 10°·06

n

• Si K < 1 } alors Mt+ oxydant plus fort que M ;+ reducteur plus fort que Ml

OU E0 < 0

M 2

• Si K > 1 } alors MI

OU E0 > 0

reducteur plus fort que M 2 M ;+ oxydant plus fort que Mr+

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Remarque : relation entre 7r , K et E.

= E E 0

.-1\. E

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0, 06 /) K

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0, 06 /) - --{..og7r n

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E = 0, 06 Rog ( K ) La demi-pile a hydrogene (E.N.H) : Couple H30+ /H2(g)

n

7r

V. Symbole:

_j'"'r"

H2 1 atm

~ .,___ Pt

Plaque de platine platin~. •

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Solution aqueuse d'acide [H3cf](lmol.L·l)

Definitions : 1. Le potentiel redox d'un couple ox/red symbolise par E(ox/red) est par definition la f.e.m de la pile formee par l' electrode normale a hydrogene placee a gauche et la demi-pile constituee du couple (ox/ red) placee a droite.

2. Le potentiel standard d'electrode d'un couple ox/red note E0(ox/red) c'est la

f.e.m de la pile formee par L.E.N.H placee a gauche et le couple ox/red a droite lorsque 7r=l cad [ox]= Imo£L-1• Remarque: Pour le couple Zn2+ I Zn Symboledelapile: Pt IH2(g)(latm)IH30+(lmo£L-1)llZn2+(c mo£L-1)1Zn eq associee : H2 +z;+ +2H20

2H30+ +Zn

E E o =

---

0,06 l n

ogJr

AvecE0=E0(Zn2+/Zn)-E0

(H30+/H2) orE0 (H30+IH2) =0

dou E0 = E0(zn2+ /Zn) avec E = Vb(Zn) - V(ENH)

1 c::> E pile= E(Zn2+ /Zn)= E0(zn2+ /Zn) - 0,03£og ~- [zn2+]

Remarque: dans le cas ou [zn2+ ]= Ymot.L" =? 7r = 1 dou E pile= E0(Zn2+ /Zn)

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Tel: 25 361197

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VI. Class~fication des couples redox selon leurs pouvoirs ox11dant:

oxi I redi --1-------1------;.. Pouvoir oxydant /

oxz / red-

EIO

E;

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E2 >EI =}

ox- est plus fort que ox-

{

Red? est plus faible cue Red-

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de chim 'est à re

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ie el ejeux exsrcrces.Ce physrque r$par;is s::r ci:-:rg FÊgos mplir. p:ir tr'élève e$ à reffieÉt.*, ur.o la copie. Y**':iï:i,rff-

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§xercjc_e;M.! {s"ûü pornrs} f,æ færmpe â g#de ccr:'siriéroirs d'abrrrd ),2 Jan:pe à ii-rcandesce*ce représentée sur ra frg,ie-r-. EI]; esi corlstiruée cj,ulne ampoule cle 0a:i-" Iaquerie c'n a ïeflprecé l,air pal. rln .gaz i*e*e. I-in Iirariierrt rie tr-rngsiène uri pu..r.rru paï un co,ifant électriqr:e ei esT porié à tr.è_- i:aule tempdraiul'e. ce q,i génè:'e ra ii:n:ière. il est irdispe*sahie que I'air soit rernpracd par Lrn gaz, ir,erte si;:on le rungstÈne l;rulerait pâj: ox:\,da.riùïl avec

'el'l'e

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s4ta ,f+ls!tyr{i,

l'cix1-gène fufaïg:-., cefie c;.ecaurilrn, ls. l ampe à une dur.ée de ,,,ie Iirnitée (*L i0C0 h). car le tungstène se sublinie iSubii;nation pîrsSsllc de ia phase solide à ia pf ielse gazeuse). Cette subiirre.tion entraîne un amrnciss !tlrt.LlL du filament qui finit psr se brriser.. Le tu:tgslène gazeux va se dÉposer sur ia paroi ,Ce i 'ampoule qui der,ient noire, car celie plrioi sst plus fi-oicie ûn a donc r-rn équiiibre I)ans Ia iampe à iccle. le gaz inene esl re::rp.l gazeu.\ :

(1) acé par i'iode qui ,;a réagir avec ]e tungsrène Celte réaction est exotlienri qae. ür au niveau dLr fria:rrent ia ten-lpér.atut-e est très éievée. Far conséquer:t. l.équili[:re \,i1 se cléiri acer vers Ia gauche : l,jodure de tunqstène se decomLrose: Conc augnrentati,cn de la concentt'atlr-,[i eri tur-rgstène gazeu,\: nrès du tilarnent, e: linalemerrt I'éüuiiitrre cie i,équatiou i i ) est depiacée .iers la droi te. T-ine panie du rui,gstèn* gazeux :ie redépose sur le fljament La pldseilce d'iace prorege donc le fiJament. tL-"ui en produisant plus ,Je lumière.

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\o.t En se L.rasant sur le iexte. définir une iampe à iocie oi2

âo,' Enoncer Ie loi ri'action de rnasse' b,/ Donne,.-l'expression de la constante C'équiiibr"e Fl reiative à la réaction (2)- En s'appttl'ant sur le texle, préciser le sens rie la rêaction qui se produit dans uir s1,stèr-ire en équilibrc fcrn-né par tre tungsTène, I'iocle e'; f iodure de tungstène sujîe à une. augnlentation tls sa telnpéraluiÊ. û* lit 6ans le texte le phrase suivente : ..,. I-â présence d'iode protège donc le filarnEnt, iour en prodr.risant piurs de lun-iière » Expliqirer cornn'ient f iode protège le filan:ent'

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e ru'3 (S,00 polnts)

On prépare à I'instant cle date t == 0 i;rïl{ tube à essa.i contenar.,t Jes cluaatités n, -'2,i.10-z mcl ,l'acide éthairoi.que rle fbrrn*le brute dzB4}z et I'I2 : L,6.i-0-2 mol cje métiranol cje fcn::ule bruie CH4O. On scelle ie tuTre à essai puis on place ce dernier dans un bain rnarle de température constatrte 0 = 80'C' ,1.'l Expliquer I'intérêt des opéraiions suivantes :

/ On sceile le tub: à essai. { Cnpoite le tu'ne à essai à rine tempé;auu;:e éie"'ée'

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eot En -,.lrilisant ies flormules semi-déveicp"'pées, écrire X'équarion chirriqlre Ce ia réacriori limitée qui se produit rians ie tu'se à essa;. hicmmer 1'ester (E) obtenu' b.l Dresser ie tabieau descriptif ci'évolution riu s.v-stètne contenu dans le tube à essai.

3"1 La réaction cfuirnlque etudiée a ui'r t-aux d'avancemettt fural Tr: Ü,75.

aoi Déterrrriner I'avalcÈment tiaal xr de cette réaction' bo,, Caiculer la consianre ci'équilibre K reiati.,,e à la réaction C'estérificatr,rn.

4o,, A un instant de are tr. on reu'oidit le Çonte11u cil-r tube à essai. puis. on dose la quantiié d'acicie restant par une sotrution aqueuse '.S) d'hyCrcxyde de sodiulii cie concentraiion l:rolaire Cs : 2 mbl^ I-,-1 en présence cie phénotrphtaiéine. A 1'Équivaler.ce acitlc-baslque. ie voiuuie ct'hy'Croxycie de scdtunt ajcuté est Vae = 5 ntL' a"/ I)éter:rriner à la riate t, I'a.,'ancerneilî xr de la réaction rl'estérification. En

déduire Ia composition du sysrèrne à ceite date-

b.i Monrrer que Ia date tr ne correspcnd pas à un état d'équiiibre chirrique

Cynamique du st'stème chirnique ::éaiisé.

5"r ûn prépare un svstèn:,e chimique fonné par les quantitéi; 0,i. rnol d'acicle éthanr-rïque,

A,2 rncl cie niéti-ranol, O, 3 rnol d'ester(E) et 0,4 moi d'eau ao,t N.{ontrer que le s)'stème obtenii n'est ilas en état o'équilibre dynamique. fuo/ Prrjciser. en.ir"rstillan-" ia réponse. |e sens dé.iolution spontané.

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§xerc { i'aidc <i'un conder.}saiÈur cre capacité c, d'une boj:ine c'inrlucta,'lce L ct cl,r: risistarice interne r = L0 o. d'uin crrrrrnriristeur K, ii'r"rn coi:.iiucter-ir ohl:rique de résistarre i-i * 40 fi et d',-iu crr:,ôle grj^éra.ier-rr iiiéal de tensrori r.. ct f. e. m, E,-;, arr réalrse ie r--ircuit éiectrique schénratisé s,-ir ia figure-2-. (-)n place le coiiri"nur3tÈLrrii e* p+sition (ii puis on i,: l:ascule cn pcsition iZi ei erl inême tijlxts cn ciécienche lrn svstàn'e ri'acçuisitior-r eie dc,.nnÉg.s à rrr:e dat-e prlr* comme orieine du lemps. l"/ QHei est ie pt-'énomàne ph1'sique gui se produir dans le cirsuit eu rnc.rîent où K est i:"1 L'éqi:aliorl dirïér'elttieile qui rérit les.,,ariations de la tension u: âux bon:es

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cûi'respondants.

§Xg,cfee ë"? {4,25 Pointsi

4. i,aide ,J'une bob,i:re d'in,juctancr: l, et c're résistal^,ce iniel::c i, c'Lr;i *-onilucter:r oh:::ique de résistiince R', d'ilh ciipôle généi.ateur iciéal ie tensi.on rie f. i. rn. E et d'un interr.rpteur K, orr réaiise le circuit éiecf.rique -sché:iatisé sur la frgure-:}-. Ao I'instant de' date t = 0, oll fei-ine f interrupteltr I'i- 1o/ Préciser Ie phén.cniène prli;,'5ique qui se proclr'rit daiis ie

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aoi i)étern:iner, graphyquet:rent, il':, t'aleurs I,ÏJb, E *t ia conslimie cle tentps'r CLi

diPÔte I{-L.

b"r'En deduiire r, R, et L

Do/ I]onner. en ionction dutemps, i'expressicn de latensioi'l ?.lr âux borrres du résisl'or et

représenter son allure sur le tjocurr;.ent-2- de la p:rge 5i5

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cHIMTE: (7ets) Exercice n"L : ffi;if;dlun f2 ssnstante d'équilibre relative à cette réaction est K = :-

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(trS),

esrer (E) de formule brute CrHaoz donne un alcool (A) et un acide carboxylique CB)

est un alcool secondaire

La temperature du milieu réactionnel reste constante durant la réaction chimique qui se termine après 2 heures D p"fu; en utilisant les formules semidéveloppées l'équation de la reaction d'h-vdrolyse sachant que (A) 2) a- Donner à pa*ir des données les caractères de cette réaction' b.Comment peut-on accélérer cette reaction chimique ? 3) Dans une première expérience on part à r0 d_'un mélange équimolaire contenant nr mol de l'ester G) et

n1 mol d'êau- a t'equifiUre on obtient 2'10-2 mol d'aicool' a_ Dresser Ie tableau descriptif de la réaction d'hydrolyse. b- Déterminer nr c- En déduire la composition du méiange à l'équilibre' d- Calcuter le taux d'avancement finaltç'

4) Déterminer la vaieur du tau-x d'avancement de la réaction lorsque x:.0!5- si pa"i une deurième expérierice on part à F0 d'un rnéiange .oni.n*t i0-2 mol de I'ester (E). 2-10-r mo! de

l'alcool (A) et 2JA-2 mol de l'acide (B)' 2- lans quel sens évolue ce système chimique? b- Calculer le pourcenrage Ce i'esler dans le rnéiange lorsque i'équilibre est atteint. c- O1l,eut augmenter ce pourceïtlÀge obtenu à 1'équilibre. En utilisant Ia fonction des concentrations-

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