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P a g e |1
TS Chimie
Transformations spontanées ou forcées
Exercice résolu
Énoncé
Données :
- Masse molaire atomique du cuivre : M(Cu) = 63,5 g.mol-1
- F (faraday) = 9,65 x 104 C.mol-1
- Charge électrique élémentaire : e = 1,602 x 10–19 C
- Constante d'Avogadro : NA = 6,02 x 1023 mol–1
- On considère que : 8,3 x 10-26 ≈ 0
A. Réaction entre le cuivre métal et le dibrome en solution aqueuse
Dans un bécher, on verse un volume V = 100 mL de solution aqueuse jaune de dibrome Br2(aq) telle
que [Br2] = 1,0  10-2 mol.L-1 et on y ajoute, sans variation de volume, de la poudre de cuivre en excès.
On place sous agitation. Après filtration, on observe la disparition de la coloration jaune et on
obtient un filtrat de couleur bleue.
L'équation de l'équation associée à la transformation est : Cu(s) + Br2(aq) = Cu2+(aq) + 2 Br –(aq)
La constante d'équilibre associée à cette réaction est K1 = 1,2 x 1025
1. Donner l’expression du quotient de réaction initial. Calculer sa valeur.
2. Dans quel sens le système va-t-il évoluer ?
3. La transformation est-elle forcée ou spontanée ?
B. La solution aqueuse de bromure de cuivre (II)
Dans un bécher, on verse un volume V = 100 mL d'une solution aqueuse de bromure de cuivre (II). Les
concentrations des ions en solution sont : [Cu2+(aq)] = 0,50 mol.L-1 et [Br –(aq)] =1,0 mol.L-1 .
Au sein de cette solution, on pourrait envisager une réaction entre les ions Cu2+(aq) et Br-(aq)
d'équation :
Cu2+(aq) + 2 Br–(aq) = Cu(s) + Br2(aq)
La constante d'équilibre associée à cette réaction est K 2 = 8,3  10 -26 .
1. Calculer la valeur du quotient de réaction initial.
2. Quelle sera la valeur de ce quotient à l'équilibre ?
3. Justifier l'affirmation : « la solution aqueuse de bromure de cuivre (II) est stable ».
C. Électrolyse de la solution aqueuse de bromure de cuivre (II)
1. Étude qualitative
a) Légender le schéma en annexe en identifiant l’anode et la cathode.
b) Écrire la demi équation de la réaction qui a lieu à l'anode.
c) Écrire la demi équation de la réaction qui a lieu à la cathode.
d) Écrire l'équation de la réaction d’électrolyse.
e) La transformation associée à la réaction d'électrolyse est-elle spontanée ou forcée?
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2. Étude quantitative
L'électrolyse est effectuée pendant une durée t = 1,0 h avec une intensité constante I = 1,00 A.
Pendant cette durée, calculer :
a) La quantité d'électricité Q qui a traversé la solution de bromure de cuivre (II).
b) La quantité de matière n(e-) d'électrons qui a été mise en jeu.
c) La quantité de matière n de cuivre qui s’est formée.
d) La masse m de cuivre obtenue.
Annexe
-
+
E = 12 V
mA
mV
Solution de bromure de cuivre (II)
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Corrigé
A. Réaction entre le cuivre métal et le dibrome en solution aqueuse
1. Donner l’expression du quotient de réaction initial. Calculer sa valeur.
Qr,i =
[Cu 2  ]i .[Br  ]i2
[Br2 ]i
soit : Qr,i = 0 (car [Cu2+]i = [Br-]i = 0
2. Dans quel sens le système va-t-il évoluer ?
Qr,i < K : le système va évoluer dans le sens direct.
3. La transformation est-elle forcée ou spontanée ?
Le système évolue sans apport extérieur d’énergie électrique : la transformation est spontanée.
B. La solution aqueuse de bromure de cuivre (II)
1. Calculer la valeur du quotient de réaction initial.
Qr,i =
[Br2 ]i
[Br ]i2 .[Cu 2  ]i

soit : Qr,i = 0 (car [Br2]i = 0)
2. Quelle sera la valeur de ce quotient à l'équilibre ?
A l’équilibre, on aura : Qr = K2 = 8,3 x 10-26
3. Justifier l'affirmation : « la solution aqueuse de bromure de cuivre (II) est stable ».
On remarque que Qr,i = K2. Le système chimique est initialement dans son état d’équilibre et donc
n’évolue pas : la solution de bromure de cuivre est stable.
C. Électrolyse de la solution aqueuse de bromure de cuivre (II)
1. Étude qualitative
a) Légender le schéma en annexe en identifiant l’anode et la cathode.
La cathode est l’électrode reliée à la borne négative du générateur. L’anode est reliée à la borne
positive du générateur.
b) Écrire la demi-équation de la réaction qui a lieu à l'anode.
Oxydation : 2 Br –(aq) = Br2(aq) + 2 e
–
c) Écrire la demi-équation de la réaction qui a lieu à la cathode.
Réduction : Cu2+(aq) + 2 e – = Cu(s)
d) Écrire l'équation de la réaction d’électrolyse.
Cu2+(aq) + 2 Br –(aq) = Cu(s) + Br2(aq)
e) La transformation associée à la réaction d'électrolyse est-elle spontanée ou forcée?
La transformation associée à la réaction d'électrolyse est forcée car elle nécessite un apport
extérieur d'énergie électrique pour avoir lieu.
2. Étude quantitative
L'électrolyse est effectuée pendant une durée t = 1,0 h avec une intensité constante I = 1,00 A.
Pendant cette durée, calculer :
a) La quantité d'électricité Q qui a traversé la solution de bromure de cuivre (II).
Q = I.t
soit : Q = 1,00 x 1,0 x 3600 = 3,6 x 103 C
b) La quantité de matière n(e-) d'électrons qui a été mise en jeu.
Q = n(e-).F => n(e-) =
Q
F
soit : n(e-) =
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3,6  10 3
= 3,7 x 10-2 mol
9,65  10 4
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c) La quantité de matière n de cuivre qui s’est formée.
D’après la demi-équation de la question C.1.c : n =
Soit : n =
1
 3,7  10 2 = 1,9 x 10-2 mol
2
1
n(e-)
2
d) La masse m de cuivre obtenue.
m = n.M
soit : m = 1,9 x 10-2 x 63,5 = 1,2 g
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