Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

MANIPULATION II : OXYDOREDUCTION MARS 2022 – MP1 L’ion Cu2+ peut être obtenu pa

MANIPULATION II : OXYDOREDUCTION MARS 2022 – MP1 L’ion Cu2+ peut être obtenu par oxydation (perte de 2 électrons) du métal Cu. De façon symétrique, Cu peut être obtenu par réduction (gain de 2 électrons) de l’ion Cu2+. On dit que Cu2+ est l’oxydant (gourmand d’électrons) du couple d’oxydo-réduction (ou rédox) noté Cu2+ / Cu, tandis que Cu est le réducteur (donneur d’électrons) de ce couple. Dans le cas des équilibres acido-basiques, les forces des couples acido-basiques sont évaluées à l’aide du pKa . Le caractère oxydant d’un couple rédox est évalué à l’aide d’une quantité appelée potentiel standard E° en volt donné par rapport à une électrode de référence. Une électrode de référence a un potentiel fixe et indépendant du milieu dans laquelle on la plonge. Par analogie avec la règle du « gamma » utilisée pour prévoir le sens spontané d’une réaction acido- basique, on peut à l’aide d’un axe vertical prévoir le sens spontané d’évolution de la réaction entre 2 couples rédox. L’oxydant du couple de plus haut potentiel peut spontanément subir une réduction tandis que le réducteur du couple de plus bas potentiel peut spontanément subir une oxydation. L’équation bilan de cette réaction d’oxydo-réduction ne fait pas apparaître les électrons échangés. On appelle compartiment ou électrode de première espèce, le système constitué d’une électrode métallique M(s) plongée dans une solution contenant un de ses ions Mn+. C’est le cas des demi-piles étudiées en deuxième partie. On appelle compartiment ou électrode de deuxième espèce, le système constitué par une électrode métallique M(s) plongée dans une solution peu soluble en l’un de ses ions Mn+. c’est le cas de nombreuses électrodes de référence secondaire. On appelle compartiment ou électrode de troisième espèce une électrode inattaquable (« inoxydable ») faite dans un métal à haut potentiel comme le Platine qui plonge dans une solution contenant 2 ions appartenant à un même couple rédox. C’est le cas dans la première partie de ce TP. Par la formule de Nernst, le potentiel par rapport à une électrode de référence dépend du potentiel standard du couple Mn+/M(s) par rapport à cette électrode de référence, de la température en K, de n le nombre d’électrons échangés pour passer de Mn+ à M(s) et de l’activité (ou concentration) en Mn+ dans la solution. L’effet de la concentration sera étudié dans la 2ème partie. Première partie : Loi de Nernst (2h maximum) 1) BUT On cherche à vérifier la loi de NERNST pour les couples d'oxydoréduction dans le cas où l’oxydant et le réducteur sont sous forme ionique dans la même solution. 2) MESURE DES FORCES ELECTROMOTRICES Dans les tables thermodynamiques les valeurs de potentiels sont données par rapport à l'électrode standard à hydrogène (E.S.H). Cette électrode de référence est d'une utilisation très restreinte et dans la plupart des cas on emploie une électrode de référence dite secondaire (électrode au calomel, électrode au sulfate mercureux,....). 3) VERIFICATION DE LA LOI DE NERNST POUR LE COUPLE Fe3+/Fe2+ Le potentiel du couple Fe3+/Fe2+ est donné par la loi de Nernst : ( ) ( ) E E RT F Fe Fe = + + + 0 3 2 ln où (X) représente l’activité de l’espèce X. Les échanges d'électrons se font sur une électrode inattaquable en platine. Solutions disponibles : Solution de sel ferreux (Fe2+) à 0,05 mol.L-1 en milieu acide sulfurique Solution de sel ferrique (Fe3+) à 0,05 mol.L-1 en milieu acide sulfurique A. Evolution du potentiel d'une solution contenant des ions Fe2+ et Fe3+ • Dans un bécher, verser 10 mL (à la pipette) de la solution de sel ferreux. • Plonger les électrodes dans le bécher (si nécessaire, ajouter de l'eau pour que les électrodes plongent bien). • Verser à la burette la solution de sulfate ferrique 0,05 mol.L-1. • Noter le potentiel E pour les volumes V suivants de sulfate ferrique : 1 - 2,5 - 5 - 7,5 - 8,5 - 9,5 - 10 - 10,5 - 12 - 15 - 18 - 25 mL B. Expression des résultats Q1 – Quels sont le but et le principe de la manipulation ? Q2 – Résumer les principales étapes expérimentales, ainsi que les résultats à rassembler dans un tableau avec l’explication des étapes de traitement des données. Q3 - Etablir l’expression permettant de calculer la concentration en Fe2+ et la concentration en Fe3+ à l’instant t. Sachant que les concentrations initiales en Fe2+ et en Fe3+ sont égales, en déduire la relation ( ) volume f C C Fe Fe = + + 2 3 Q4 - Tracer la courbe E = f( log(V) ) sur papier millimétré et montrer que la loi est linéaire du type : E = A log V + B. Q5 - En déduire : - le potentiel normal du couple Fe3+ /Fe2+ et son incertitude. Le comparer à la valeur théorique. - le coefficient A et son incertitude. Le comparer à la valeur théorique A RT F = 2 30 . . Expliquer comment A et ∆A s’obtiennent graphiquement. Données : = 0,65 V par rapport à E.N.H en milieu acide sulfurique ( ) saturé calomel au électrode E0 = 0,241 V par rapport à E.N.H Deuxième partie : Constitution et étude de différentes piles (1h30 maximum) Dans une pile, le potentiel d’un couple Ox/Red est défini comme la différence de potentiel entre une électrode de référence, l’Electrode Standard à Hydrogène (ESH) ; et la demi-pile (ou compartiment) relative au couple Ox/Red. On réalise une pile lorsque l’intensité du courant qui traverse un conducteur ohmique placé entre les 2 électrodes et résultant d’une différence de potentiel entre les 2 compartiments, est non nulle. Les deux compartiments sont alors appelés des « demi-piles ». Le compartiment de plus haut potentiel correspond au pôle positif de la pile appelé aussi CATHODE. Il s’y déroule une réduction. Le compartiment de plus bas potentiel correspond au pôle négatif de la pile appelé ANODE. Il s’y déroule une oxydation. La Force ElectroMotrice (f.e.m) de la pile est égale à la différence des potentiels. Celle-ci diminue au cours du fonctionnement de la pile jusqu’à égalisation des potentiels des 2 pôles. La mesure de la force électromotrice de la pile constituée de ces 2 compartiments permet de classer quantitativement les couples rédox. L’ESH n’est pas réalisable en pratique. Lors de la première expérience, l’électrode de référence utilisée est une demi-pile Cu2+(0,1M)/Cu(s). Les couples rédox proposés seront donc classés par rapport à ce couple Cu2+(0,1M)/Cu(s). 1) Première expérience : Classification quantitative de quelques couples rédox et échelle des potentiels : Les couples rédox : Zn2+/Zn(s), Fe2+/Fe(s), Ni2+/Ni(s) et Ag+/Ag(s), vont être étudiés par rapport au couple Cu2+(0,1M)/Cu(s). Sur chaque paillasse se trouve de quoi réaliser une des piles selon le modèle ci-contre. Le pont salin sera selon le cas soit une bandelette de papier imbibée de nitrate de potassium, soit un gel salin immobilisé dans un « U » en verre. Mesurez la valeur de la fem de la pile ainsi réalisée. La fem va être définie par rapport au compartiment contenant le cuivre, c’est-à-dire : f.e.m = E(Ox/Red étudié) – E(Cu2+/Cu(s) de référence) 2) Deuxième expérience : Influence de la concentration sur la f.e.m d’une pile Au niveau de la paillasse de l’enseignant, vous pouvez mesurer la f.e.m des 5 piles Cu/Cu2+ // Zn2+/Zn suivantes : (Cu2+) (en mol/L) 0,1 0,1 0,1 0,01 0,001 (Zn2+) (en mol/L) 0,1 0,01 0,001 0,1 0,1 f.e.m (en V) 3) Exploitation des résultats : Q6 – Quels sont les but et principes de ces 2 expériences ? Q7 – Résumer les principales étapes expérimentales, ainsi que les résultats à rassembler dans un tableau avec l’explication des étapes de traitement des données. Q8 - Schématiser la pile réalisée pour la première expérience en indiquant les polarités, les réactions à chaque électrode, le nom de chaque électrode, la nature des charges assurant le passage du courant dans les métaux, dans les solutions et dans le pont salin. Quel est le rôle du pont salin ? Q9 – Notez dans un tableau la valeur de la fem de la pile ainsi réalisée, ainsi que celles mesurées par vos collègues pour les 4 couples rédox. Q10 – Pour chaque pile étudiée : a. Préciser quel métal constitue l’anode ? la cathode ? b. Ecrire la demi-équation se déroulant à l’anode. c. Ecrire la demi-équation se déroulant à la cathode. d. Ecrire l’équation bilan de fonctionnement de la pile. e. Déterminer le potentiel du couple Ox/red par rapport au compartiment de référence Cu2+/Cu(s) f. A l’aide de la formule de Nernst, en déduire le potentiel rédox standard de chaque couple par rapport au compartiment de référence Cu2+/Cu(s). Q11 – Classer les couples Ox/Red sur une échelle verticale des potentiels standards d’oxydo réduction en plaçant pour chaque couple l’oxydant à gauche de l’axe et le réducteur à droite. Q12 – Dans le cas de la pile que vous avez étudié, utilisez la règle du gamma sur l’axe tracé à la question précédente pour vérifier que la polarité de la pile est compatible avec le uploads/Ingenierie_Lourd/ loi-de-nernst.pdf