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