Pile Argent/cuivre

A.1. Les ions sont dilués lors du mélange donc :

V2 = 20 mL de solution de

nitrate de cuivre de concentration C2 = 5,0.10-2 mol.L-1

V1 = 20 mL de solution de

nitrate d'argent de concentrationC1 = 1,0.10-1 mol.L-1

402010.0,1 1

21

11

21

1 ×=+

×=+

−

VVVC

VVn

[Ag+]i =

402010.0,5 2

21

22

21

2 ×=+

×=+

−

VVVC

VVn

[Cu2+]i =

[Ag+]i = 5,0.10-2 mol.L-1

[Cu2+]i = 2,5.10-2 mol.L-1

2)(

2)(

][

][+

+

=aq

aqr Ag

CuQA.3. D’après l’équation de réaction :

2)(

2)(

, ][

][

iaq

iaqir Ag

CuQ +

+

=

A.2. Ecrivons les demi-équations d’échange électronique dans le sens de la transformation :

)?10.0,5(10.5,2

2

2

−

−= = 10

A.4. On sait que le quotient de réaction tend vers K.

Qr, i < K

2 Ag+(aq) + Cu(s) = 2 Ag(s) + Cu2+

(aq) K = 2,2.1015

Ag+(aq)/Ag(s) : Ag+

(aq) + e- = Ag(s) (x 2)

Cu2+(aq) / Cu(s) : Cu(s) = 2 e-

+ Cu2+(aq)

OrDonc Qr va augmenter, la transformation va avoir lieu dans le sens direct.

2)(

2)(

][

][

éqaq

éqaq

Ag

CuK +

+

= [Ag+(aq)]éq = K

Cu éqaq ][ 2)(

+

= 4,8.10–9 mol.L-1 15

2

10.2,210.00,5 −

[Ag+(aq)]éq =

On peut considérer que le réactif limitant,Ag+, est totalement consommé.La transformation peut être considérée comme totale.

A.5. Calculons la concentration des ions Ag+ .

2 Ag+(aq) + Cu(s) = 2 Ag(s) + Cu2+

(aq)

La coloration bleue (présente initialement car [Cu2+]i = 2,5.10-2 mol.L-1)

devrait se renforcer.

apparition de métal argent

B.1. Faire un schéma annoté de la pile qu'il est possible de constituer à partir du matériel disponible.

Pont salin contenant une solution ionique saturée de nitrate de

potassium

fil d'argent

V1 = 20 mL de solution de nitrate d'argent de concentration C1 = 1,0.10-1 mol.L-1

fil de cuivrem = 1,0 g

V2 = 20 mL de solution de nitrate de cuivre de concentrationC2 = 5,0.10-2 mol.L-1

B.2. Le sens de la transformation est le sens direct donc des ions Ag+ du cuivre métal sont consommés. Ecrivons les demi-équations :

Cu(s) = Cu2+(aq) + 2 e-

2Ag+(aq) + 2e- = 2Ag(s)

Les électrons sont fournis par le cuivre métal et sont captés par les ions argent au niveau de la plaque d’argent.

Les électrons circulent vont donc circuler dans un circuit électrique extérieur de la plaque de cuivre vers la plaque d’argent.

Les ions positifs des solutions et du pont salin vont se diriger selon le sens du courant dans la pile, c’est-à-dire vers la plaque d’argent.

Les ions négatifs des solutions et du pont salin vont se diriger selon le sens inverse du courant dans la pile, c’est-à-dire vers la plaque de cuivre.

B.3. On sait que le courant électrique circule du pôle positif de la pile vers son pôle négatif.

De plus, les électrons vont circuler de la plaque de cuivre vers la plaque d’argent d’après la question précédente.

Donc le courant va circuler de la plaque d’argent vers la plaque de cuivre.

Or, le sens du courant est le sens de circulation des charges positives, c’est-à-dire le sens contraire de circulation des électrons.

Par conséquent, la borne positive est le fil d’argent, et la borne négative est le fil de cuivre.

B.4. D’après l’énoncé, le courant électrique circule effectivement de la plaque d’argent vers la plaque de cuivre dans le circuit extérieur..

C’est donc bien le sens prévu.

B.5. Le pont salin contient des ions positifs et des ions négatifs.

- le déplacement des ions permet la circulation du courant électrique d’une demi-pile à l’autre.

-les ions positifs vont vers la demi-pile d’argent : ils remplacent au niveau des charges électriques les cations argent qui sont consommés ; les ions négatifs vont vers la demi-pile de cuivre : ils compensent l’augmentation des cations cuivre (II) qui sont formés.Le pont salin assure donc aussi l’électroneutralité des solutions.

consommation d'Ag+, le pont salin apporte K+

formation de Cu2+, le pont salin apporte des NO3–

Argent

Solution de nitrate d'argent

Cuivre

Solution de nitrate de cuivre

AI e-

oxydation anodique Cu(s) = Cu2+

(aq) + 2 e-réduction cathodique:Ag+

(aq) + e- = Ag(s)

Ions négatifs

Ions positifs

B.6. Les porteurs de charges positives se déplacent dans le sens du courant, les porteurs de charges négatives se déplacent dans le sens inverse.

B.7. D’après les conditions initiales du système chimique :

B.8. Le réactif limitant est celui qui conduit à l’avancement le plus faible. •Si Ag+ réactif limitant, il est totalement consommé soit n1 – 2xmax = 0

C1.V1 – 2xmax = 0

2. 11

max

VCx =

210.2010.0,1 31 −− ×

= = 1,0.10-3 mol

•Si Cu réactif limitant, n(Cu)0 – xmax = 0

Mm

x =max 5,630,1

= = 1,6.10-2 mol

Ag+ est le réactif limitant car il conduit à xmax le plus faible.

B.9. D’après le tableau d’avancement :

[Cu2+(aq)]f =

2

max22.V

xVC +3

332

10.2010.0,110.2010.0,5

−

−−− +×= = 1,0.10–1 mol.L–1

B.10. A chaque fois que la réaction 2 Ag+(aq) + Cu(s) = 2 Ag(s) + Cu2+

(aq)

a lieu une fois, ce sont deux électrons qui sont transférés au circuit extérieur.

Q = 2.xmax.NA

Q = 2 1,0.10–396,5.103 Soit Q = 1,9.102 C

En effet, la demi-équation s’écrit pour le réactif limitant : 2Ag+

(aq) + 2e- = 2Ag(s)

Q = 2.xmax.F

Or, chaque électron porte une charge électrique de valeur e

Donc la charge électrique totale transférée vaut : e

Soit :

B.11. On sait que l’intensité est le débit des charges :

soit = 54.10–3 A.h ou 54 mA.h

I =

QΔt

Q =I .Δt

Le temps étant exprimé en h, on a donc : 1 A.h = 3600 C

=

Q3600