2020/2021 SMC (S3) (M19) Série 3 Exercice I Soit la pile Ni/NiCl2 (0,1M) /AgCl (s)/Ag 1- Déterminer la nature de chaque électrode. 2- Calculer le potentiel pris par chaque électrode, en déduire leur polarité. E°(Ni2+/Ni) = – 0,25 V ; E°(Ag+/Ag) = 0,80 V ; Ks(AgCl) = 10-10 3- Ecrire les réactions aux électrodes. 4- Calculer la force électromotrice (f.e.m) Exercice II Le compartiment 1 est constitué d’un fil d’étain plongeant dans SnCl2 1 mol/l, le compartiment 2 est constitué d’un fil de zinc plongeant dans ZnSO4 1 mol/l. Etudier la polarité des électrodes, le sens du courant et des réactions électrochimiques suivant la différence de potentiel imposée. E°(Sn2+/Sn) = – 0,14 V et E°(Zn2+/Zn) = – 0,76 V. Exercice III On considère la pile Mn(s) /Mn(OH)2(s)// Cu2+(10-2M) /Cu(s) dont le fil de manganèse (Mn(s) est plongé dans une solution saturée de Mn(OH)2(s) de pH égal à 9,86. 1) Exprimer Ks d'une part, en fonction des concentrations des ions OH- et Mn2+ et d'autre part, en fonction de S. Déterminer les valeurs de S et de Ks. 2) Calculer le potentiel de chacune des électrodes et donner le schéma de la pile en question, en précisant la polarité de ses pôles. Donner la valeur de la fe.m. de cette pile. 3) Indiquer les demi-réactions d'oxydo-réduction qui ont lieu au niveau de chacune des électrodes et donner la réaction globale de la pile. 4) Déterminer le potentiel standard E° (Mn2+ Mn(s) du couple Mn2+/Mn(s). 5) Après une certaine durée de fonctionnement, le pH de l’anode devient égal à 9,0. Calculer, dans ce cas, la fem de la pile. 6) Calculer à l’équilibre, le potentiel de chaque électrode, ainsi que le pH de l’anode. Données : E°(Cu2+/Cu(s) = O,34V ; E°(Mn(OH)(s)/ Mn) =-1,56V N.B. : Ks et S désignent respectivement le produit de solubilité et la solubilité de Mn(OH)(solide) et s désigne l'état solide Exercice IV Soit les piles : Pt, Cl2 (1 atm) / HCl 0,01 M / AgCls, Ag (1) Ag, AgCls / KCl 0,1 M // K2SO4 0,1 M / HgSO4, Hg (2) 1- Indiquer les types d’électrodes utilisées. 2- Calculer les potentiels des différentes électrodes. En déduire la polarité des 2 piles. 3- Ecrire les réactions aux électrodes et les réactions globales lorsque les piles débitent. 4- Calculer leur f.e.m. 5- Calculer la concentration des ions sulfates lorsque la pile (2) cesse de fonctionner sachant que les ions chlorures auront une concentration de 0,08 mole//l. 6- Comment peut-on monter une batterie à partir des deux piles ? 7- Comment doit-on procéder pour inverser le sens des réactions aux électrodes ? Exercice VI 1- Déterminer le potentiel imposé pour électrolyser un mélange contenant une solution de CuSO4 0,01 M et de Ag2SO4 0,05 M sur des électrodes en platine. Le pH est nul. E°(Cu2+/Cu) = 0,34 V ; E°(Ag+/Ag) = 0,80 V ; E°(S2O82-/SO42-) = 2,1V. 2- Justifier le choix de l’électrode de platine. 1 Exercice I 1- Ni/NiCl2 est une électrode de 1ère espèce Ag/AgCl (s)/NiCl2 une électrode de 2ème espèce 2- Exercice II 2 Exercice III 1) Réaction de dissolution de Mn(OH)2 : Mn(OH)2 (s) → Mn2+ + 2OHInitaialement solide 0 Avancement -S +S 2S Equilibre solide S 2S ε 2) Demi-réactions d’oxydo-réduction et potentiels des électrodes : - Electrode de Mn 3 3) On a réduction à la cathode et oxydation à l’anode. Electrode de cuivre : Réduction : Cu2+ + 2e- ↔ Cu Electrode de Manganèse : Oxydation : Mn ↔ Mn 2+ + 2eRéaction globale de la pile : Cu2+ + Mn ↔ Cu + Mn2+ Le tableau d’avancement de la réaction globale est : 4) 5) Le calcul de la fem de la pile exige la connaissance des potentiels E Cu et EMn. Pour cela il faut déterminer au préalable, les concentrations [Mn2+] et [Cu2+]. On a 6) Le cation Cu2+ est le réactif limitant (excés de Mn,s). Le fonctionnement de la pile est accompagné d’une diminution de pH de l’anode. 4 Ks étant faible, on peut alors négliger S devant 0,01, d’où : Exercice 1) 2) 3) 5 4) 5) 6) Une batterie est un ensemble de piles montées en série et 7) Pour inverser l’ordre des réactions, il faudra réaliser une électrolyse en plaçant un générateur entre les électrodes dont la différence de potentiel (d.d.p.) est supérieure à la force électromotrice (f.e.m.). Pour la pile (1) ddp 1,10 V et pour la pile (2) ddp 0,41 V. Exercice VI On réalise l’électrolyse sur platine (pH = 0) afin d’éviter la réaction du métal. Le platine est un métal très résistant à l’oxydation. Ainsi, on ne s’intéresse qu’à l’oxydation ou réduction des espèces en solution. 6 7
