Si la pièce jointe contient des images, elles ne s

Réalisée par
MERHRA Mounir
TP
Option
Electrochimie
SMC
SMAITI Hicham
Classification électrochimique des métaux
Introduction : Nous allons montrer que les métaux et leurs cations forment des couples
oxydo-réducteurs susceptibles de donner des réactions chimiques par échange
d'électrons entre les différentes formes oxydantes et réductrices de deux couples
différents. Ces réactions peuvent se faire directement par action d'un métal sur un ion
métallique appartenant à un autre couple ou par l'intermédiaire d'un conducteur
extérieur dans une pile. L'étude de ces diverses réactions nous conduirons à un
classement des divers ions métalliques selon leur pouvoir oxydant. Ce classement
qualitatif sera complété ensuite par un classement quantitatif grâce à l'étude des piles.
Produits: Solutions 0,1 M de Zn2+ ; Cu2+ ; Fe2+ ; Ag+ - Solution 1M de CuSO4 Lames de
: Zinc ; Fer et Cu
Données Thermodynamiques : Cu2+ / Cu E0 = 0,34 V
Zn2+ / Zn E0 = - 0,76 V
Fe2+ / Fe E0 = - 0,44 V
I) Réactions entre un métal et le cation d'un autre métal :
1) Réaction entre le métal zinc et l'ion cuivre (II) :
La réaction est : Cu2+ + Zn ---> Cu + Zn2+ , Il y a eu échange d'électrons entre les deux
réactif de départ il s'agit d'une réaction d'oxydo-réduction. L'ion Cu2+ est l'oxydant, le
métal zinc est le réducteur.
Généralisation à d'autres métaux : Dans un becher de 100 ml introduire un peu de la
solution d'un ion métallique, puis y plonger une lame d'un autre métal. Réaliser ainsi :
(Cu2+ ; Fe) ; (Cu2+ ; Zn) ; (Fe2+ ; Zn) ; (Fe2+; Cu) ; (Zn2+ ; Cu) ; (Zn2+ ; Fe) Laisser les
réactions se faire et montrer le résultat.Le cuivre se dépose sur le zinc et le fer, Le fer
se dépose sur le zinc mais pas sur le cuivre.Le zinc ne se dépose sur aucun des autres
métaux.
Classement qualitatif des ions métalliques selon leur pouvoir oxydant (ou des
métaux selon leur pouvoir réducteur)
Les expériences précédentes permettent de classer les ions métalliques selon leur
pouvoir oxydant. L'ion Cu2+ est capable d'oxyder tous les métaux étudiés. L'ion Cu2+ est
donc le meilleur oxydant parmi les ions étudiés. Inversement le métal zinc est capable
de réduire tous les cations métalliques étudiés. Le métal zinc est donc le meilleur
réducteur parmi les métaux étudié.
On obtient le classement qualitatif suivant :
a) Selon le pouvoir oxydant de l'ion métallique : Zn2+ < Fe2+ < Cu2+ < Ag+
b) Selon le pouvoir réducteur du métal : Ag < Cu < Fe < Zn
Classement quantitatif des couples :
Réalisation d'une Pile : Fe / Fe2+ / Pont Salin / M2+ / M, avec M présente Cu et Zn .
Mesurer sa f.e.m à l'aide d'un multimètre numérique, on trouve les résultats suivent :
Pour la couple Cu2+/Cu :
E= 442 mV
 E Cu2+/Cu > E Fe / Fe2+
Pour la couple Zn2+ /Zn :
E= -534 mV
 E Fe / Fe2+ > E Zn2+ /Zn
Conclusion :
E Cu2+/Cu > E Fe / Fe2+ > E Zn2+ /Zn
Interprétation : La mesure de la f.e.m permet de déduire la circulation d'un courant
électrique. L'identification des pôles de la pile permet de déduire le sens de circulation
des électrons dans le conducteur extérieur. Par exemple les électrons sont produits à
l'électrode de zinc et consommés à l'électrode de fer. Le zinc est donc oxydé en Zn2+
fournissant au circuit extérieur deux électrons qui vont aller à l'électrode de fer. A
l'électrode de fer les ions Fe2+ captent les électrons fournis par le conducteur extérieur
et donnent du fer métallique.
Schématisation de la Pile :
Remarque : Par définition, l'anode est l'électrode où se produit la réaction d'oxydation et
la cathode est l'électrode où se produit la réaction de réduction. Le pôle moins de la pile
est donc l'anode et le pôle plus la cathode. C'est l'inverse pour une cellule d'électrolyse.
Classement quantitatif des couples : Utiliser les valeurs des f.e.m trouvées pour classer
quantitativement les couples. Sur un axe on placera les divers couples en les écartant
d'une distance proportionnelle à la f.e.m de la pile les mettant en jeu.
Application la pile Daniell Zn-Cu :
On veut tester l’influence de la concentration en ions de zinc sur la f.e.m d’une pile Daniell on
réalise 4 pile Daniell en utilisent 4 solutions de sulfate de zinc de concentration différent et on
fixent la concentration du solution de cuivre a 1.0 M .Les résultats sont notée au tableau suivent :
Pou les résultats théorique on utilise l’équation de Nernst avec n = 2 et
ox/red = Q r, i :
[Zink] mol/l
1
0.1
0.01
0.001
[Cuivre] mol/l
1
1
1
1
E th
1.1
1.07
1.04
0.98
E exp
1.045
1.037
1.017
0.957
1
10
100
100
0
1
2
3
Q
r, i
Log Q
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