Exercice de chimie analytique : Aluminium et solubilité

On considère uniquement les espèces Al3+ ; Al2O3, 3H2O (hydrargillite) et le métal lui-
même.
1. Donner l’expression de la solubilité apparente  de l’aluminium définie comme la somme,
dans une solution saturée en oxyde hydraté d’aluminium, des concentrations de toutes
les espèces solubles en fonction de la concentration des ions H3O+. En déduire l’expression
( /c°) = f(pH). Pour quelles valeurs de pH la solubilité est-elle minimale, Combien vaut-elle
alors ?
2. Soit une solution acide (pH = 1,00) d’ions Al3+ à la concentration Ctra = 1,00 μmol.L−1. On
augmente le pH de cette solution par addition d’une solution concentrée de soude (on
négligera la dilution). Dans quel intervalle de pH observera-t-on la présence de Al2O3, 3H2O?
3. Écrire les équations des demi-réactions d’oxydation de l’aluminium en fonction du pH de la
solution et donner les expressions correspondantes du potentiel d’équilibre.
4. En utilisant les résultats précédents, établir le diagramme potentiel-pH de l’aluminium pour
des espèces dissoutes à la concentration 1,00 μmol.L−1.

5. En admettant que l’hydrargillite forme un film protecteur imperméable et adhérent, justifier le fait
que l’aluminium ne peut, thermodynamiquement, être attaqué (en l’absence d’agent complexant) que
par des solutions aqueuses suffisamment acides ou alcalines. Écrire les équations des réactions
correspondantes.
Données à 25°C :
• Al3+/Al : E° = - 1,67 V
•Produit ionique de l’eau à 25 °C : pKe = 14,0
• Produits de solubilité :
• 1/2 ( Al2O3,3 H2O (hydrargillite)) = Al3+ + 3 HO-
Ks1 = ; pKs1 = 36,3
• 1/2 (Al2O3, 3 H2O (hydrargillite)) + H2O = AlO2-+ H3O+
Ks2= ; pKs2=14,6

Exercice 2
1. Soit le diagramme potentiel-pH simplifié du zinc cidessous, tracé à 25 °C en prenant les
concentrations des espèces solubles égales à 10–6 mol.L–1.

a) Commenter le diagramme potentiel-pH.
b) Écrire les équations des réactions correspondant à chacune des lignes du diagramme.
c) Calculer les valeurs de pH1et pH2.
d) Calculer la valeur de E1.
e) Donner l’équation de la droite relative au couple H+/H2. La reporter sur le diagramme.
f) Indiquer les domaines du diagramme correspondant respectivement à l’immunité, la corrosion et
la passivité du zinc.
2. Une tôle en acier électrozingué est plongée dans une solution aqueuse de pH = 6, désaérée
par un barbotage de gaz argon afin de chasser le dioxygène de l’air dissous.
a) Écrire les équations des deux demi-réactions électroniques que l’on peut prévoir à la surface de
la tôle en s’appuyant sur le diagramme potentiel-pH, puis indiquer la réaction chimique globale.
b) Donner les valeurs, à pH = 6, des potentiels d’oxydoréduction des couples correspondant à
chacune de ces deux demi-réactions électroniques.