P.C.E.M - Physico-chimie des solutions -
S_5 : Oxydoréduction
On
prendra 2,3 R T / F = 0,06.
On donne les potentiels de référence (E0) des
couples d'oxydoréduction suivants :
Couple Fe3+(aq)
/ Fe2+(aq) : E0 = + 0,75 V
Couple Sn4+(aq)
/ Sn2+(aq) : E0 = + 0,15 V
Couple Fe2+(aq)
/ Fe(s) : E0 = -
0,45 V
On mélange :
* 50 mL d'une solution à 0,02 mol.L-1
de chlorure de fer (III) (Fe3+ - 3 Cl-
)
et
* 50 mL d'une solution 0,01 mol.L-1 de chlorure
d'étain (II) (Sn2+ - 2 Cl-).
On obtient la
solution (S)
1) Le logarithme décimal de la constante d'équilibre de la
réaction qui se produit lors du mélange est :
Réponse A : log KR = + 15
Réponse B : log KR = - 15
Réponse C : log KR = + 20
Réponse D : log KR = - 20
Réponse E : log KR = - 35
(1) Fe3+(aq)
+ 1 e- = Fe2+(aq) : Couple Oxydant
(2) Sn2+(aq)
= Sn4+(aq) + 2 e- : Couple
Réducteur
Application de
la formule :
log K = n1 n2 (E01 - E02) /
0,06
log K = 1 * 2
* (0,75 - 0,15) / 0,06 = 2 * 0,6 / 0,06 = 2 * 10 = 20
Réponse C : log KR = + 20
Démonstration
:
(1) Fe3+(aq)
+ 1 e- = Fe2+(aq) : Couple Oxydant : DRG01 = - F E01
(2) Sn2+(aq)
= Sn4+(aq) + 2 e- : Couple
Réducteur : DRG02 =
2 F E02
(3) 2 Fe3+(aq)
+ Sn2+(aq) = 2 Fe2+(aq) + Sn4+(aq) : Réaction : DRG03 = - RT ln K
(3) = 2*(1) + (2)
DRG03 = 2 DRG01
+ DRG02
- RT ln K = - 2 F E01
+ 2 F E02 = 2 F * (E02 - E01)
- 2,3 RT log K = 2 F * (E02 - E01)
- 2,3 RT/ F log K = 2 * (E02 - E01)
-0,06 log K = 2 * (E02 - E01)
0,06 log K = 2 * (E01 - E02)
log K = 2 * (E01 - E02) / 0,06
2) Le
potentiel de Nernst de la solution (S) obtenue est de :
Réponse A : E = 0,15 V
Réponse B : E = 0,26 V
Réponse C : E = 0,35 V
Réponse D : E = 0,48 V
Réponse E : E = 0,75 V
2 Fe3+(aq) + Sn2+(aq) = 2 Fe2+(aq)
+ Sn4+(aq)
n0Fe3+ = 50 * 0,02 / 1000 = 10-3 mole
n0Sn2+ = 50 * 0,01 / 1000 = 5 10-4 mole
On est dans
les proportions stoéchiomètriques.
|
2 Fe3+ |
Sn2+ |
2 Fe2+ |
Sn4+ |
Etat Initial |
10-3 |
5 10-4 |
0 |
0 |
Etat Final |
2 e |
e |
0,001 - 2 e |
0,0005 - e |
Eeq
= E01 + 0,06 log { [Fe3+] / [Fe2+]
}
Eeq
= E02 + 0,03 log { [Sn4+] / [Sn2+]
}
2 Eeq
= 2 E02 + 0,06 log { [Sn4+] / [Sn2+]
}
3 Eeq = E01 + 0,06 log { [Fe3+]
/ [Fe2+] } + 2 E02 + 0,06 log { [Sn4+]
/ [Sn2+] }
3 Eeq = E01 + 2 E02
+ 0,06 log { [Sn4+] [Fe3+] / [Sn2+] [Fe2+]
}
[Sn4+] [Fe3+] = (0,0005 - e) * 2 e
[Sn2+] [Fe2+] = e * (0,001 - 2 e) = e * 2 (0,0005
- e)
{ [Sn4+] [Fe3+]2 / [Sn2+]
[Fe2+]2 } = 1
log { [Sn4+] [Fe3+]2 / [Sn2+]
[Fe2+]2 } = 0
3 Eeq = E01 + 2 E02
Eeq = ( E01 + 2 E02
) / 3 = (0,75 + 2* 0,15) / 3 = 0,35 V
Réponse C : E = 0,35 V
Remarque : En TD nous verrons qu’on peut résoudre le problème par le calcul de
e ce qui est une méthode beaucoup plus générale de résolution….
3) Le
potentiel de référence (E0) (à 0,01 V près) du couple Fe3+(aq)
/ Fe(s) est de :
Réponse A : + 0,1 V
Réponse B : E0 = - 0,05 V
Réponse C : E0 = + 0,06 V
Réponse D : E0 = -
0,15 V
Réponse E : E0 = + 0,02 V
Couple (1) Fe3+(aq) / Fe2+(aq)
: E01 = + 0,75 V
Couple (2) Fe2+(aq) / Fe(s) : E02
= - 0,45 V
Couple (3) Fe3+(aq) / Fe(s) : E03
= ?
(1) Fe3+(aq) + 1 e- = Fe2+(aq)
: DRG01 = - F E01
(2) Fe2+(aq) + 2 e- = Fe(s) : DRG02=
- 2 F E02
(3) Fe3+(aq) + 3 e- = Fe(s) : DRG03
= - 3 F E03
(3) = (1) + (2)
DRG03 = DRG01
+ DRG02
- 3 F E03 = - F E01 - 2 F E02
3 E03 = E01 + 2 E02
E03 = ( E01
+ 2 E02 ) / 3 = (
0,75 + 2*-0,45 ) / 3 = (0,75 - 0,9)/3 = -0,15/3 = -0,05 V
Réponse B : E0 = - 0,05 V