Exercice n°1

Sujet de baccalauréat STL-BGB 1997

On réalise une pile électrochimique afin de déterminer le produit de solubilité du sulfate d’argent Ag2SO4

 

On réalise pour cela deux demi-piles.

·       Première demi-pile : On dissout, sans variation de volume, 20.4g de nitrate d’argent (AgNO3) dans 150 mL d’eau pure. Un fil d’argent sert d’électrode.

·       Deuxième demi-pile : le bécher contient une solution saturée de sulfate d’argent en présence d’un excès de sulfate de sodium. L’électrode est un fil d’argent.

·       Les deux demi-piles sont reliées par un pont électrolytique.

1.   Exprimer et calculer le potentiel de la première demi-pile.

2.   La force électromotrice de la pile est égale à 0.120 V.

2.1        Calculer le potentiel de la deuxième demi-pile et en déduire la concentration molaire des ions Ag+.

2.2        Faire un schéma de la pile en justifiant les polarités des électrodes.

3.   La concentration en ions SO42- dans la deuxième demi-pile vaut 0.25 mol.L-1. Calculer le produit de solubilité du sulfate d’argent.

4.   Calculer la solubilité de Ag2SO4 dans l’eau pure.

Données :

MAg = 108 g.mol-1 MN = 14 g.mol-1 MO = 16 g.mol-1 MS = 32 g.mol-1

E0Ag+/Ag = 0.80 V

 

Corrigé

 

Exercice n°2

On réalise une pile en plongeant une lame de zinc dans une solution de chlorure de zinc telle que [Zn2+] = 0.10 mol.L-1 et une lame de nickel dans une solution de chlorure de nickel telle que [Ni2+] = 0.10 mol.L-1. Les deux demi-piles sont reliées par un pont électrolytique.

La pile débite dans un conducteur ohmique.

1.   Faire un schéma de la pile sur lequel seront indiqués, les sens de déplacement des électrons et du courant électrique à l’extérieur de la pile.

Déterminer la force électromotrice de cette pile.

2.   Ecrire l’équation de fonctionnement de cette pile.

Déterminer la constante d’équilibre de cette pile.

3.   Au bout d’un moment, la force électromotrice de la pile est E=0.45V. Déterminer le rapport [Zn2+]/[Ni2+] à cet instant.

Données :

E0Zn2+/Zn = -0.76 V  et  E0Ni2+/Ni = -0.25 V.

 

Corrigé

 

 

Exercice n°3

1-  On plonge une électrode de platine dans une solution contenant les ions aux concentrations suivantes :

[Cr2O72-] = 10-2 mol.L-1, [Cr3+] = 10-3 mol.L-1, à pH=1.

a-   Donner l’expression du potentiel pris par l’électrode de platine.

b-  Calculer ce potentiel.

2-  On plonge une autre électrode de platine dans une solution contenant les ions aux concentrations suivantes :

[Fe2+] = 10-3 mol.L-1, [Fe3+] = 10-1 mol.L-1. Déterminer le potentiel de cette électrode.

3-  On relie ces deux demi-piles par un pont électrolytique.

a-   Faire un schéma de la pile sur lequel on indiquera la polarité de chaque électrode ainsi que le sens de circulation des électrons lorsque la pile débite dans un conducteur ohmique.

b-  Déterminer la force électromotrice, E, de cette pile.

c-   Ecrire l’équation de fonctionnement de cette pile.

Données :

E0Cr2O72-/Cr3+ = 1.33 V et E0Fe3+/Fe2+ = 0.77 V

 

Corrigé

 

 

Exercice n°4

 

Afin de réaliser une pile, on constitue deux demi-piles qu’on relie à l’aide d’un pont électrolytique. La première demi-pile est constituée d’une lame d’argent plongeant dans une solution de nitrate d’argent de concentration 0.2 mol.L-1. La seconde est constituée d’une lame d’argent plongeant dans une solution de chlorure d’argent saturée.

1.   Faire un schéma de la pile.

2.   La première électrode est le pôle positif de cette pile, et la force électromotrice de la pile est E=0.25V. Déterminer les potentiels des deux électrodes.

3.   En déduire la concentration en ions Ag+ dans la seconde demi-pile et calculer le produit de solubilité du chlorure d’argent Ks.

4.   En déduire le pKs et la solubilité de AgCl en g.L-1.

Corrigé

 

 

 

 

Exercice n°5

Dans cet exercice, les valeurs numériques calculées seront données avec 3 chiffres significatifs

 

On réalise une pile avec les deux demi-piles suivantes :   Pb/Pb2+ // H+ / ClO3- / Cl-/ Pt

1) a) Écrire la demi-équation électronique correspondant au couple ClO3-/ Cl- en milieu acide.

b) Calculer le potentiel pris par un fil de platine plongeant dans une solution contenant 0,200 mol.L-1 d'ions ClO3-,

  0,180 mol.L-1 d'ions Cl-, et de pH = 1.

 

2) a) Écrire la demi-équation électronique correspondant au couple Pb2+ / Pb.

b) Calculer le potentiel pris par une lame de plomb plongeant dans une solution de nitrate de plomb de concentration 0,500 mol.L-1.

 

3) Calculer la force électromotrice de la pile au début de son fonctionnement

 

4) On réalise une pile avec les deux demi-piles précédentes :

Faire un schéma de cette pile.

Préciser les réactions qui s'effectuent dans chaque demi-pile et l'équation de fonctionnement de la pile.

Où s’effectue la réaction de réduction ? La réaction d’oxydation ?

Préciser les pôles positif et négatif de la pile, justifier la réponse.

Préciser le sens du courant, le sens de circulation des électrons.

 

5) Au bout de 30 min, il a disparu 0,150 mol.L-1 d’ions ClO3-.

Au cours de cette transformation, le volume de chaque compartiment (100mL) reste constant.

A l’aide d’un tableau d’avancement, déterminer les concentrations des ions présents.

La solution étant très acide, on admet que les ions H+ sont introduits en large excès et donc que leur concentration ne varie pas.

Calculer la force électromotrice de la pile à ce moment là.

 

6) Expliquer à quel moment une pile arrête de fonctionner ; on dit alors que la pile est usée.

 

Données : E0 (ClO3- / Cl-) = 1,450 V  E0 (Pb2+ / Pb) = - 0,126 V.

 

Corrigé

 

Exercice n°6

On considère la pile représentée ci-dessous :

 


 

 

La demi-pile 1 est constituée d’une électrode de platine plongeant dans une solution de permanganate de potassium (K+,MnO4-) acidifiée dans laquelle :

[MnO4-] = 0,01 mol/L; [Mn2+] = 0,02 mol/L; [HO3+] = 0,08 mol/L.

La demi-pile 2 est constituée d’une électrode d’argent plongeant dans une solution de nitrate d’argent (Ag+,NO3-) de concentration O,1 mol/L.

 

1-Exprimer puis calculer la conductivité de la solution de nitrate d’argent

2-Exprimer puis calculer les potentiels des électrodes de platine et d’argent.

3-Calculer la force électromotrice en début de fonctionnement

4-Ecrire les réactions se produisant à chacune des électrodes et en déduire l’équation bilan lorsque la pile débite.

5-Comment évoluent les concentrations des espèces ioniques quand la pile débite ?

6-Au bout de 30 minutes d’utilisation la concentration en ions permanganate MnO4- est égale à 0,005 mol/L. Calculer les concentrations en ions Mn2+ et H30+ au bout de 30 minutes d’utilisation.

 

Données à 25°C :

 

E°( MnO4-/ Mn2+) = 1,51 V       E°(Ag+/Ag) = 0,8 V  

lAg+) = 62.10-4  S.m2.mol-1   et l(NO3-) = 72.10-4  S.m2.mol-1

 

Corrigé