Oxydoréduction et électrochimie : 449 questions de concours corrigées

Dans le diagramme potentiel-pH du fer, Figure (3), attribuer, en explicitant les raisonnements, les différents domaines ① à ⑤ aux espèces du fer. On considérera les espèces : Fe_(s), Fe²⁺_(aq)…

En explicitant le raisonnement, donner le lien entre la vitesse de la réaction d'oxydation du fer en ion Fe²⁺_(aq), vₒₓ = (dn_Fe²⁺)/dt, et le courant macroscopique d'oxydation i_corr.

Décrire le montage expérimental permettant d'effectuer un tel tracé. On d'étaillera en particulier le rôle de chacune des électrodes utilisées.

Laquelle des deux électrodes est l'électrode positive ? Justifier et préciser, pour chacune des deux électrodes, l'équation-bilan de la réaction à l'électrode en fonctionnement spontané…

Calculer le potentiel d'oxydoréduction à T = 298 K du couple O₂(g)/H₂O(liq) au pH de l'eau de mer (pH = 8,1) à l'équilibre avec l'air.

Calculer de même le potentiel d'oxydoréduction du couple H⁺(aq)/H₂(g) au pH de l'eau de mer à l'équilibre pour une pression partielle de dihydrogène de 1 bar.

Faire un schéma de la cellule d'électrolyse en fonctionnement en indiquant le sens de circulation du courant et la ou les réaction(s) aux électrodes.

Préciser le nombre d'oxydation de chaque atome dans les espèces Pd²⁺, Pd et CO₂.

Pourquoi ne peut-on pas utiliser pour solvant une solution aqueuse d’ions Li⁺ ?

Écrire les demi-réactions anodique (1) et cathodique (2) relatives au plomb. En déduire l'équation-bilan de réaction de décharge.

Donner le degré d’oxydation de l’oxygène dans les trois composés suivants : O₂, H₂O et H₂O₂.

Écrire les deux demi-équations électroniques associées à ces deux couples.

Donner le nom de ce type de réaction.

Écrire les deux autres équations de réaction (supposées totales) intervenant au cours du dosage, à savoir : la réaction entre les ions iodure et les ions dichromate (restants) ; la réaction entre le…

Donner le degré d'oxydation du titane dans chacune de ces espèces.

Réaliser un schéma de l'électrolyseur en précisant notamment les branchements du générateur, le sens de circulation de l'intensité et les transformations redox se déroulant à la cathode et à l'anode.

Ecrire l'équation de la réaction traduisant le fonctionnement de l'électrolyseur.

Donner l'équation de réaction d'oxydation complète du phénol par le dioxygène. On rappelle qu'une oxydation complète conduit à la formation de dioxyde de carbone CO₂ et d'eau H₂O.

Donner la demi-équation électronique d'oxydation du phénol en CO₂ à l'anode.

Justifier le lien entre la vitesse de la réaction et le courant utilisé pour la réaction chimique I_F : I_F = nFv où on rappellera la signification de n et où F est la constante de Faraday.

Indiquer à quoi correspond le palier observé pour l'oxydation du phénol.

Définir les termes « anode » et « cathode ». Écrire les demi-équations électroniques mises en jeu au niveau de chacune des deux électrodes de cette pile.

Reproduire le schéma de la pile et y faire apparaitre le nom des électrodes, le sens du courant, le sens de déplacement des protons responsables du passage du courant au sein de l'électrolyte, et…

Pour chacun des deux couples oxydant-réducteur de l'eau, préciser quelle espèce chimique est l'oxydant et laquelle est le réducteur.

Déterminer le nombre d'oxydation de l'élément manganèse dans l'hydroxyde de manganèse (II) Mn(OH)₂(s) et de l'élément iode dans l'ion iodate IO₃⁻(aq).

Écrire l'équation bilan de la réaction (supposée totale) se produisant dans l'erlenmeyer avant l'étape de dosage, puis écrire l'équation bilan de la réaction de dosage.

Écrire l'équation bilan de la réaction (supposée totale) se produisant dans l'erlenmeyer avant l'étape de dosage, puis écrire l'équation bilan de la réaction de dosage.

Établir l'équation de la réaction (R3) support du titrage des ions Fe²⁺(aq) restants.

En déduire l'expression de la quantité n₁ d'ions Fe²⁺(aq) restant dans le mélange à l'issue de la réaction (R2) en fonction de c₂ et V₂, puis calculer n₁.

Exprimer littéralement la quantité de matière d'ions nitrate dans l'échantillon d'engrais en fonction n₁, c₁ et V₁ puis réaliser l'application numérique.

Calculer la valeur attendue pour le potentiel E₁, défini sur la Figure 3.

Écrire la réaction électrochimique se déroulant sur l'électrode de zinc et indiquer, en justifiant, si cette dernière joue le rôle d'anode ou de cathode.

Schématiser le montage d'électrolyse en indiquant sans ambigüité les branchements du générateur et le déplacement des électrons.

Établir l'expression de la masse m_Zn de zinc théoriquement déposée sur l'électrode en fonction de la masse molaire du zinc M_Zn, de l'intensité I du courant constant utilisé, de la durée de…

Donner le degré d'oxydation du bore et de l'aluminium dans les structures BF₃ et AlF₃.

Identifier, en justifiant, la réaction se déroulant à l'anode et celle à la cathode.

Écrire l'équation bilan de la pile en fonctionnement.

Décrire le montage à trois électrodes permettant de tracer une courbe courant-potentiel.

Écrire l'équation de réaction support du titrage entre les ions thiosulfates S₂O₃²⁻ et le diiode I₂ pour former S₄O₆²⁻ et I⁻.

D'après les potentiels standard des couples en présence, écrire les réactions prévisibles à l'anode et à la cathode.

Identifier, en justifiant les réponses, les espèces correspondant aux domaines A, B, C et D.

Écrire les demi-équations électroniques associées à chaque électrode lors de la décharge de la batterie. Identifier la cathode et l'anode de cette pile.

Donner l'équation bilan lors du fonctionnement de la batterie en décharge puis en charge. Compléter la figure C du document réponse en indiquant le sens de déplacement des électrons, le sens du…

Quel est le degré d'oxydation du fer dans l'oxyde ferreux ?

Préciser les demi-réactions électroniques qui se produisent lors de l'électrolyse de l'eau pure et en donner le bilan (pour une unité stœchiométrique d'eau). On précise que le platine des électrodes…

Reproduire le schéma de la figure 10 sur votre copie et faire apparaître le sens de circulation du courant et des électrons, les noms des électrodes et le sens de circulation des ions dans la…

En considérant uniquement l'aspect thermodynamique, quelle tension minimale U_min doit être appliquée pour que l'électrolyse démarre ? On suppose p(H₂) = p(O₂) = 1 bar.

En réalisant expérimentalement cette manipulation, on constate que le courant circulant est extrêmement faible. Pourquoi ?

Le dichlore se décompose au contact de l'eau en acide hypochloreux HClO et en acide chlorhydrique. Écrire le bilan de cette réaction. Cette réaction est-elle une réaction acido-basique ou une…

Déterminer le nombre d'oxydation de l'iode dans chacune de ces espèces, puis associer un domaine à chacune de ces espèces.

Écrire la réaction chimique qui s'est produite lors de l'opération 6. Justifier qualitativement que cette réaction est quasi-totale.

Réaliser un schéma de la pile électrochimique classique précédente.

Écrire les demi-équations se produisant à l'anode et à la cathode en précisant à chaque fois s'il s'agit d'une oxydation ou d'une réduction.

Indiquer le sens de circulation et la nature des porteurs de charge dans les fils électriques.

Quelle est la nature des porteurs de charge dans le pont salin ? Préciser le rôle de ce pont.

Écrire les deux demi-équations d'oxydoréduction.

La cathode constitue-t-elle le pôle positif ou négatif ? Justifier.

Déterminer les nombres d'oxydation des éléments Ni et Cd dans les 4 espèces considérées : Cd_(s), Cd(OH)_2(s), Ni(OH)_2(s) et Ni₂O_3(s).

Écrire pour chaque élément, Ni et Cd, les demi-équations électroniques. Identifier les oxydants et les réducteurs.

Placer sur une échelle les potentiels standards E° de chaque couple et en déduire l'équation de la réaction d'oxydo-réduction thermodynamiquement favorisée.

Dans le cas de la pile Ni-Cd étudiée, calculer les potentiels d'électrode E₁ et E₂, ainsi que la différence de potentiel U mesurée par un volt-mètre idéal lorsque la pile ne débite pas. Préciser le…

Préciser, en justifiant, le sens de l'intensité i du courant électrique.

Attribuer les domaines du diagramme E-pH (voir page suivante) en les justifiant. Les espèces considérées sont : Fe_(s), Fe²⁺_(aq), Fe³⁺_(aq), Fe(OH)_2(s) et Fe(OH)_3(s).

En déduire que le fer métallique n'est pas stable en présence d'eau. Donner l'équation de la transformation associée. Comment appelle-t-on ce phénomène ? Citer un moyen pour l'éviter.

Quelle est la polarité de la pile ? Calculer sa force électromotrice.

Exprimer l'enthalpie libre standard de cette réaction en fonction des potentiels standard. Calculer la constante d'équilibre de cette réaction d'oxydoréduction.

Préciser la nature lent ou rapide des systèmes portés sur le graphe. Préciser également si le graphe ne permet pas de conclure.

Sur certaines courbes on observe un palier. À quoi correspond ce phénomène ?

Justifier le caractère réducteur du lithium. Quel ion le lithium peut-il former le plus facilement ?

Compléter ce diagramme potentiel-pH en attribuant à chaque domaine une espèce contenant Fe.

Donner précisément le schéma du dispositif permettant d'enregistrer la courbe courant-potentiel.

Écrire les demi-réactions électroniques associées aux couples d'oxydo-réduction de l'eau oxygénée.

Quelle transformation chimique est alors thermodynamiquement favorisée entre ces couples ? Écrire l'équation modélisant cette transformation chimique et la nommer.

Déterminer le nombre d'oxydation du chrome dans chacune des six espèces. Montrer que le couple Cr₂O₇²⁻/CrO₄²⁻ forme un couple acido-basique. Préciser lequel est l'acide et lequel est la base…

Pourquoi est-il déconseillé d'utiliser de l'eau de javel en milieu trop acide. Ecrire l'équation chimique qui se produit lorsqu'on acidifie trop fortement une solution d'eau de javel.

Faire le schéma du dispositif expérimental qui permet de relever la courbe intensité-potentiel du couple Au(CN)₂⁻ / Au_(s) sur électrode de platine.

Préciser la demi-équation rédox qui se produit sur l'électrode de travail en mode cathodique lors de la réduction des ions aurocyanure Au(CN)₂⁻.

Identifier les couples oxydant/réducteur mis en jeu dans cette pile.

Quelles sont les réactions électrochimiques se déroulant dans la pile de Volta ? En déduire l'équation de la réaction globale qui a lieu au sein de la pile.

Définir un système rapide. Indiquer si les systèmes étudiés sont lents ou rapides.

Quelle est la valeur de la tension à vide de la pile ?

Donner la relation entre la tension à vide d'une pile et l'enthalpie libre de réaction.

On donne ci-dessous le diagramme potentiel pH muet de l'élément iode. Indiquer le nombre d'oxydation de l'élément iode dans les trois espèces. On se limitera aux espèces I₂, I⁻ et IO₃⁻, la…

Reporter ce diagramme sur votre feuille et compléter le en indiquant la correspondance des espèces avec les numéros.

Écrire l'équation-bilan de cette étape de dosage. Identifier le type de dosage dont il est question.

Démontrer formellement que la transformation 6 7 est une réaction d'oxydoréduction. Identifier l'oxydant et le réducteur.

Préciser la valeur du nombre d'oxydation du plomb dans ces oxydes. Commenter la valeur pour Pb₃O_4(s).

Donner le nombre d'oxydation du fer et de ses dérivées. Préciser sur la figure B du document réponse, les domaines de corrosion, de passivation et d'immunité à la corrosion du fer.

Déterminer le nombre d'oxydation du fer dans chacune de ces cinq espèces.

Établir l'équation de la réaction menant des ions fer(II) Fe²⁺_(aq) à la formation de rouille Fe₂O_3(s).

Rappeler la définition d'une anode.

À l'aide du document 1 entre autres, calculer la variation du nombre d'oxydation du carbone fonctionnel modifié entre les molécules 1 et 2. En déduire le rôle du tétrahydruroborate de sodium (NaBH₄)…

Préciser le nombre d'oxydation de l'élément chlore dans les espèces Cl₂, ClO⁻ et Cl⁻.

Comment appelle-t-on la réaction proposée ci-dessus d'un point de vue rédox ?

Préciser à quoi correspondent les espèces A, B, C et D.

Quelle est la réaction qui se produit lorsqu'on acidifie le milieu (pH ≤ 3,5) ? Quel en est le danger ?

Tracer sur la copie l'allure de la figure 1 correspondante aux domaines de prédominance de l'eau représentés en pointillé en précisant les demi-réactions redox de l'eau et attribuer aux espèces.

Justifier que dans le cas de l'oxydation du peroxyde d'hydrogène, H₂O₂, n = 2.

L'étude de la corrosion de l'alliage passe par le tracé des courbes courant-potentiel pour les métaux concernés (aluminium et cuivre). Donner le schéma de principe du montage à trois électrodes…

Écrire la demi-équation électronique associée au couple de l'eau H⁺/H₂ en milieu acide, puis en milieu basique.

Justifier que le domaine B correspond au diiode I₂ et identifier les espèces chimiques décrivant les domaines A et C.

Préciser le nombre d'oxydation du chlore dans chacune des espèces considérées. Associer à chacun des domaines (A, B, C, D) une espèce chimique du chlore.

Écrire l'équation bilan de la réaction qui a lieu avec le thiosulfate de sodium.

Déterminer la concentration C₀ en fonction de V_init, V_éq et C₁.

Exprimer puis calculer la concentration en ions titane (III) C₁ en fonction de C, E et V_E.

Écrire les demi-équations de réaction associées aux couples H⁺_(aq)/H_2(g) et O_2(g)/H₂O_(l).

Écrire l'équation de réaction associée au fonctionnement de la pile à combustible et celle associée au fonctionnement de l'électrolyseur. À partir du document 1, déduire quel composé joue le rôle de…

Donner l'expression littérale de E_eq(H⁺/H₂) puis calculer sa valeur numérique sachant qu'au cours de l'expérience on suppose que la pression partielle en dihydrogène à la surface de l'électrode de…

Ecrire les équations des demi-réactions redox associées aux couples NO_3(aq)⁻ / HNO_2(aq) et HNO_2(aq) / NO_(g).

On fournit ci-dessous un diagramme potentiel-pH muet de l'élément azote. Reporter le diagramme sur votre copie en indiquant la correspondance entre les espèces chimiques NO_(g), NO_3(aq)⁻ et…

Ecrire les deux demi-équations d'oxydo-réduction des couples NO_3(aq)⁻ / NO_(g) et Fe³⁺_(aq) / Fe²⁺_(aq).

En déduire une relation entre la quantité de matière de Fe²⁺ restants présente dans l'erlenmeyer et les quantités de matière initiales des réactifs.

Ecrire la réaction du dosage des ions Fe²⁺_(aq) par les ions permanganates.

En retraçant la figure (4), indiquer la position d'équilibre et le courant de corrosion i_corr.

Établir l'expression de la force électro-motrice E d'un tel accumulateur (à 25^) en fonction des données et des seules concentrations [H⁺] (ou bien [H₃O⁺]) et [Pb²⁺]. Supposant pour une batterie la…

Écrire les demi-équations rédox relatives aux couples du palladium Pd²⁺(aq)/Pd(s) et de l'acide méthanoïque CO₂(gaz)/HCO₂H(aq). En déduire l'équation-bilan (2) de la réaction de production du…

Déterminer l’équation de fonctionnement de la pile. L’électrode de lithium joue-t-elle le rôle de cathode ou d’anode ?

En déduire la force électromotrice standard e° de la pile au lithium-chlorure de thionyle à 25 °C.

Dans l’hypothèse où la pile fonctionne de façon réversible à 25 °C, déterminer la masse minimale de lithium solide que doit contenir la pile neuve pour assurer le fonctionnement d’un flotteur Argo…

Écrire les demi-réactions anodique (1) et cathodique (2) relatives au plomb. En déduire l'équation-bilan de réaction de décharge, puis l'équation-bilan de réaction de recharge.

Calculer la fém e d'un élément de batterie, en considérant [H⁺]² [SO₄²⁻] / (C⁰)³ = 100 avec C⁰ = 1 mol⁻¹. Calculer le nombre d'éléments à associer pour réaliser une batterie 12 V et indiquer le mode…

Identifier les courbes (1) à (6), sachant que les courbes en pointillés sont relatives aux couples de l'eau.

On considère une batterie de capacité Q = 40 A. Calculer la masse de plomb oxydée si l'on décharge la batterie à 50 %.

Calculer la fém e d'un élément de batterie, en considérant [H⁺]²[SO₄²⁻] / (C⁰)³ = 100 avec C⁰ = 1 mol⁻¹. Calculer le nombre d'éléments à associer pour réaliser une batterie 12 V et donner le mode…

En déduire que H₂O_2(aq) n’est pas thermodynamiquement stable en solution et écrire alors la réaction susceptible de se produire dans une solution contenant H₂O_2(aq).

Relier l’enthalpie libre standard de réaction de la réaction de titrage (6) avec les potentiels standards des couples.

En déduire la concentration c₁ en H₂O_2(aq) dans (S), puis sa concentration c dans la solution commerciale.

Montrer, en utilisant notamment la notion d'enthalpie libre standard de réaction, que la réaction entre le diiode et les ions thiosulfate est quantitative (totale) à T = 298 K.

Établir la relation entre la quantité de matière d'ions dichromate restants n_dich,r et la quantité de matière d'ions thiosulfate n_thio introduits à l'équivalence.

Identifier les espèces A à E associées aux domaines de la figure 8. Le candidat présentera sa réponse sous forme de tableau.

Le titane métallique est-il stable dans l'eau ? Le pH a-t-il une influence ?

Quelle espèce se dismute en milieu acide ? Écrire l'équation de réaction associée en attribuant un coefficient stœchiométrique égal à 1 pour l'espèce qui se dismute.

Écrire l'équation de réaction associée à la frontière entre B et D. On écrira la réaction dans le sens de la formation de B. Sachant que la constante d'équilibre de cette réaction est K = 10¹¹…

Identifier les espèces A, B, C, D et E dont les domaines de prédominance ou d'existence sont représentés annexe 1.

Déduire du diagramme le produit de solubilité de UO₂(OH)₂(s).

Déterminer la valeur de la pente de la frontière A/C.

Ecrire l'équation de la réaction qui a lieu lors de l'ajout de la solution de fer (III) et calculer la constante d'équilibre associée à 298 K.

Légender les courbes i-E avec les espèces des couples (F₂(g)/HF(ℓ)) et (HF(ℓ)/H₂(g)) en précisant le sens des transformations sur chacune des portions de courbe (annexe à rendre avec la copie).

Représenter schématiquement les courbes i-E associées aux couples de l'eau à pH = 0 sur l'annexe 2 (on supposera les systèmes rapides) (annexe à rendre avec la copie). Expliquer pourquoi l'obtention…

En exploitant les courbes i-E fournies dans l'annexe 2, déterminer la valeur minimale de la tension à imposer pour que l'électrolyseur fonctionne, l'intensité surfacique parcourant l'électrolyseur…

Le rendement faradique vaut 0,9. Après avoir défini le rendement faradique, déterminer la durée minimale (en jours) nécessaire pour former un kilogramme de difluor dans un électrolyseur dont les…

En reproduisant le schéma de la figure (1), tracer l'évolution de la courbe courant-potentiel au fur et à mesure de l'électrolyse.

En déduire qu'à partir d'un instant tₘ, le rendement faradique n'est plus égal à 1 mais qu'il se déroule également une équation d'oxydation parasite sur l'électrode dont on donnera la demi-équation.

Calculer, à 298 K, l'enthalpie standard Δ_r H° et l'entropie standard Δ_r S° de la réaction. En déduire la valeur de l'enthalpie libre standard de la réaction à 298 K, puis la force électromotrice…

À pression et température constantes, établir l'inégalité liant la variation d'enthalpie libre Δ G du système et le travail électrique fourni Wₑ.

Attribuer, en justifiant la réponse, les différents domaines du diagramme E-pH de l'élément manganèse, repérés par les lettres A, B, C, D et E (voir figure 2), aux différentes espèces considérées…

L'équation de la réaction support du titrage qui intervient lors de l'étape 4 est la suivante : 2S₂O₃²⁻(aq) + I₂(aq) = S₄O₆²⁻(aq) + 2I⁻(aq) (II.1) En déduire que la concentration en dioxygène…

Exprimer nₐ en fonction de C_i, V_i, Cₜ et de Vₜ.

Exprimer nₐ en fonction de C_i, V_i, Cₜ et de Vₜ.

Calculer le nombre d'oxydation de l'élément Sn dans les différentes espèces, puis attribuer à chacune d'elles son domaine d'existence ou de prédominance indiqué en chiffres romains dans le diagramme…

Déterminer, à 298 K, la constante d'équilibre de la réaction (R2) et commenter la valeur obtenue.

Reproduire la courbe de la Figure 3 sur la copie et indiquer les processus se déroulant sur chaque section.

Associer chaque domaine aux espèces chimiques du manganèse en justifiant.

Écrire les demi-équations électroniques associées aux couples de l'eau O_2(g)/H₂O_(l) et H₂O_(l)/H_2(g). En déduire les équations des droites E_O_2(g)/H₂O_(l) et E_H₂O_(l)/H_2(g). On suppose qu'aux…

On repère l'équivalence par un ajout de volume équivalent V_eq = 5,0 mL de thiosulfate de sodium. Montrer que la concentration molaire en dioxygène dissout C_O_2 s'écrit C_O_2 = (C₁ V_eq)/(4 V₀).

En réalité, on observe l'oxydation des ions chlorure à l'anode. Expliquer cette observation en appuyant votre réponse sur des courbes intensité-potentiel schématisées.

Qu'arrive-t-il à l'espèce B quand on la met en solution pour pH > 2,5 ? Écrire la réaction correspondante pour 2,5 < pH < 7,5 et pour pH > 7,5. Comment s'appelle cette réaction ?

Calculer la constante d'équilibre K⁰ de l'équation bilan ainsi que l'enthalpie libre standard de réaction Δ_r G° à la température T = 298 K.

On constate qu'en réalité il faut appliquer une différence de potentiel supérieure à U_cin = 2,07 V afin d'observer une réaction sur des électrodes de platine, en raison de l'aspect cinétique de la…

L'intensité du courant circulant dans l'électrolyseur vaut I = 10 A. Quel volume de solution peut-on traiter par heure ?

En prenant à T = 298 K, RT/Fln (x) = 0,06log (x) en V, déterminer la pente du segment BD.

Écrire les formules de Nernst associées à ces deux couples (on considérera un fonctionnement à la température ambiante de 298 K).

Tracer sur la copie le diagramme E-pH du cadmium en prenant en compte les espèces Cd²⁺, Cd(OH)_2(s) et Cd_(s).

Identifier l'anode et la cathode lors de la décharge de l'accumulateur. Écrire la demi-équation électronique observée à chaque électrode en milieu fortement basique. En déduire l'équation de la…

Déterminer les potentiels rédox E₊ et E₋ de chaque pôle, et en déduire E_NiCd, différence de potentiel prévue par la thermodynamique aux bornes de la pile.

Déduire de E_NiCd la valeur de l'enthalpie libre standard Δ_r G° pour la réaction de décharge de l'accumulateur. Calculer à partir des données l'enthalpie standard de réaction Δ_r H°. En déduire…

Quelle est la tension minimale U_min , prévue par des considérations thermodynamiques, nécessaire pour que le générateur puisse recharger l'accumulateur ?

Quels phénomènes pourraient causer une augmentation significative de cette valeur ? On argumentera de façon rigoureuse.

À l'aide des courbes intensité-potentiel, prévoir si cette réaction est rapide ou lente. Positionner sur le graphique fourni en annexe, le potentiel mixte associé à la réaction.

Proposer alors un protocole permettant de déterminer la concentration d'un échantillon inconnu en utilisant cette électrode modifiée.

Établir l'expression de la constante thermodynamique d'équilibre de cette réaction à 293 K en fonction des potentiels standards E°(O_2(g)/H₂O_(l)) et E°(H₂O_(l)/H_2(g)). Déterminer la valeur de…

À partir du diagramme, déterminer le potentiel standard du couple Fe²⁺_(aq)/Fe_(s) et le pK_s de Fe(OH)_2 (s).

Sans utiliser le diagramme, déterminer la pente de la frontière séparant Fe²⁺ et FeOOH_(s).

Lors de la déchromatation, les ions Cr₂O₇²⁻ sont réduits en milieu acide en ions Cr³⁺ par les ions HSO₃⁻ qui s'oxydent en ions SO₄²⁻. Écrire la réaction chimique qui correspond à la réduction d'une…

En utilisant un sens d'écriture conforme au sens réel de réaction, écrire les demi-équations d'oxydo-réduction à chaque électrode en précisant s'il s'agit d'une oxydation ou d'une réduction.

On s’intéresse à une pile Volta constituée de 10 éléments (Cu,H₂SO_4aq, Zn) associés en série. Chaque disque métallique présente une surface de 10 cm². Les activités des espèces étudiées seront…

Etablir l'expression littérale du potentiel E₂₃ sur la frontière séparant les domaines 2 et 3 en fonction des concentrations de chacune des espèces. Calculer la valeur de ce potentiel frontière.

Identifier le faisceau de courbes courant–potentiel qu'on obtiendrait lors du dosage par le thiosulfate de sodium parmi les quatre propositions de la figure 4 (tracés ❶, ❷, ❸ ou ❹). Pour ce…

Le fer solide est susceptible de réagir avec l'eau ou le dioxygène dissous dans l'eau. Écrire les équations bilan de ces deux réactions en milieu acide, en choisissant un coefficient…

Écrire les demi-équations électroniques correspondant à ces deux couples en considérant le dioxygène dissous en milieu aqueux. En déduire l'équation bilan liée au phénomène de corrosion du fer. Sur…

En supposant que l'allure des courbes est symétrique, proposer des courbes intensité-potentiel i = f(E) permettant d'interpréter ce phénomène de corrosion. Estimer le potentiel mixte E_c, appelé…

Quelle est la durée Δ t de cette opération de nickelage ?

Si la couche de nickel présentait une fissure, tel que le fer se retrouvait en contact avec l'eau, le fer serait-il encore protégé ? À l'aide de courbes i = f(E), comparer avec la protection par une…

En précisant le raisonnement, affecter aux domaines notés A, B, C, D et E l'espèce chimique adéquate.

Le fer est-il thermodynamiquement stable dans l'eau ? Justifier.

Justifier la position relative de chacune des espèces sur le diagramme E-pH de la figure 10.

Déterminer, par le calcul, l'équation de la frontière séparant Mg²⁺_(aq) et Mg_(s). Est-ce en accord avec le diagramme ?

Déterminer, par le calcul, la pente de la frontière séparant Mg(OH)_2(s) et Mg_(s).

Quel rôle joue l'électrode de magnésium (anode ou cathode) ? Justifier.

Calculer le nombre d'oxydation du ruthénium dans chaque complexe (numérotés de 1 à 4) présent dans le cycle catalytique du document 2 et préciser la nature de chacune des étapes du cycle : 1 → 2 ; 2…

Dans un domaine de pH à préciser par lecture graphique, déterminer la pente de la droite frontière E₁ = f(pH) pour le couple HClO / Cl₂.

À quel volume équivalent doit-on s'attendre ?

Après avoir reproduit schématiquement les branches anodique et cathodique impliquées dans le processus, placer le potentiel de corrosion et indiquer comment relever la valeur du courant de…

Établir l'équation de la frontière séparant les domaines de l'ion aluminium Al³⁺ et de l'hydroxyde d'aluminium solide Al(OH)₃.

Déterminer, par le calcul, la pente de la frontière entre les domaines IO_3(aq)⁻ et I_2(aq).

Calculer la constante d'équilibre de la réaction de titrage (IV.2). Conclure.

En déduire la quantité de matière d'acide ascorbique AscH₂ présent dans la prise d'essai et la concentration molaire C(AscH₂) en acide ascorbique du jus d'orange.

Justifier que les espèces A, B, C, D et E de la figure 5 sont respectivement Fe³⁺, Fe²⁺, Fe, Fe(OH)₃ et Fe(OH)₂.

Compléter le schéma du dispositif expérimental présenté dans le document 1 en indiquant : • les espèces réagissant aux électrodes ; • la polarité de chaque électrode tout en précisant si elle joue…

Justifier l'allure de la courbe courant-potentiel en complétant la figure du document 2. Préciser pourquoi on n'observe pas de plateau de diffusion pour les espèces électroactives.

Déterminer numériquement la constante d'équilibre Kₑ(298 K) associée à la réaction de fonctionnement de l'électrolyseur à température ambiante. Justifier la nécessité d'imposer une tension Uₑ entre…

Déterminer l'enthalpie libre standard Δ_rG°(25 ⁾ de la réaction de décharge de la batterie à 25 ^.

Déduire de la figure 18 donnant l'évolution de la tension à vide E de la pile en fonction de la température, l'entropie standard de réaction Δ_rS°.

Que peut-on dire de la stabilité de HNO₂ ? Ecrire l'équation correspondante et nommer la réaction.

Quel couple redox faut-il prendre en compte pour tracer la ligne frontière séparant les domaines de I et III ? Donner l'équation de la ligne frontière en fonction des valeurs de pH et du potentiel…

Donner l'expression littérale permettant de calculer la quantité d'ions NO_3(aq)⁻ présents dans l'échantillon d'eau. Le calcul donne 2,78 · 10⁻⁵ moles d'ions NO_3(aq)⁻.

Montrer que deux réactions sont envisageables à l'anode.

L'un des principaux défauts de cette batterie est sa faible énergie massique w. Calculer l'énergie massique de la batterie représentée figure 7, dont la masse est m = 9,8 kg. On donnera le résultat…

L'un des principaux défauts de cette batterie est sa faible énergie massique w. Calculer l'énergie massique de la batterie représentée figure 10, dont la masse est m = 9,8 kg. On donnera le résultat…

Déterminer, à l'aide de l'équation de la réaction, la relation entre la quantité de matière d'éthanol n_éth contenu dans la prise d'essai et la quantité de matière d'ions dichromate n_dich ayant…

Représenter sur l'annexe 1 les domaines de prédominance de Fe³⁺(aq) et Fe²⁺(aq) en explicitant la valeur de la frontière (annexe à rendre avec la copie).

Expliquer la valeur élevée du potentiel standard d'oxydo-réduction du couple (F₂(g)/HF(ℓ)) au regard des propriétés de l'élément fluor.

Préciser la signification des pictogrammes du difluor gazeux.

Donner l'expression de la concentration en phénol c en fonction du temps dans un réacteur fermé en fonction de la concentration initiale c₀, du courant I_imp imposé et du volume V du réacteur.

Évaluer le rendement théorique maximal de la pile PEMFC à la température de 60 ^.

Expliquer pourquoi l'iodure de potassium est ajouté en large excès.

Exprimer, en micromoles par kilogramme d'eau, la valeur de la concentration c(O₂) dans le cas où V₁ = 8,3 mL.

Commenter la valeur de la concentration obtenue à la question 22 au regard de la figure 3 et sachant qu'on considère que la vie marine devient difficile lorsque la valeur de la concentration en…

Déterminer le degré de pureté de (p) défini par la fraction massique de (p) en acide ascorbique.

Calculer les concentrations en quantité de matière C_i et Cₜ des solutions (i) et (t) en diiode et en ion thiosulfate S₂O₃²⁻.

Déterminer le degré de pureté de (p) défini par la fraction massique de (p) en acide ascorbique.

Quels sont les porteurs de charge qui assurent le rebouclage du courant électrique dans la goutte ? Pourquoi le phénomène de corrosion est-il plus prononcé en milieu marin que dans les terres ?

Indiquer deux grandeurs auxquelles i_lim, défini sur la Figure 3, est proportionnel.

Indiquer pourquoi la courbe n'admet pas de palier de courant pour i > 0.

Indiquer l'intérêt d'utiliser du chlorure d'ammonium comme « sel de fond » lors de cette électrolyse.

La masse d'un tel accumulateur est mesurée à m = 45,5 g. Proposer une explication de la différence avec la masse obtenue à la question précédente.

Estimer le temps de décharge d'une batterie Li-ion mise en court-circuit dont la résistance interne est r = 7,7 mΩ, la tension à vide U = 3,7 V et la capacité spécifique 2600 mA.

Écrire l'équation de réaction modélisant la réaction d'oxydoréduction entre les ions Mn³⁺_(aq) et I⁻_(aq) à pH = 1,5 pour former Mn²⁺_(aq) et I_2(aq).

En déduire la concentration massique c_O_2 en dioxygène dissout dans l'échantillon. Conclure quant à son utilisation en irrigation.

Retrouver la valeur de l'énergie massique annoncée pour ce même téléphone. Il s'agit de l'énergie que peut fournir la pile par unité de masse de cette même pile.

Écrire l'équation de la réaction pouvant modéliser la transformation chimique qui a lieu si le lithium solide entre en contact avec de l'eau. Cette réaction forme notamment des ions hydroxyde HO⁻ et…

À l'aide des tableaux 1, 2 et 3 et de la figure 11, indiquer les risques ou inconvénients d'utilisation d'un téléphone portable à très haute température et à très basse température.

Le réactif oxydé est appelé le combustible de la pile. Parmi les espèces chimiques présentes dans les couples, laquelle constitue le combustible ?

Donner l'équation de la réaction d'électrolyse de l'eau.

À partir du document 6, écrire l'équation de la réaction bilan de l'électrolyseur utilisant le CO₂ de l'atmosphère martienne.

Dans quel but l'électrolyse du dioxyde de carbone peut-elle être mise en œuvre sur Mars ou dans la station spatiale internationale ?

Les calculs précédents confirment-ils ou non ces propriétés ?

Comment brancher un générateur externe pour recharger l'accumulateur ? On précisera clairement le signe des bornes du générateur sur un schéma.

Écrire l'équation de la réaction réalisée pendant la charge.

On ferme l'interrupteur K. Donner l'équation de la réaction qui a lieu. Préciser l'anode et la cathode.

Pourquoi les autres courbes ne présentent-elles pas ce palier ?

Écrire l'équation de la réaction qui a lieu.

Déterminer sa constante d'équilibre. Commenter la valeur obtenue.

Indiquer le rôle chimique que joue NADH dans la réaction en justifiant.

Justifier que d'après la loi de Faraday, le courant est également donné par la relation : I = -nFS dΓ_Red/dt

Lors de l'étude, le potentiel initial choisi est tel que E_i ≪ E°. Dans ces conditions, toutes les capsaïcinoides sont initialement sous formes réduites soit Γ_Red,0 = Γₜₒₜ. Simplifier alors…

Les espèces LiCoO₂ et CoO₂ forment un couple rédox. Identifier l'oxydant et le réducteur dans ce couple sachant que le nombre d'oxydation dans l'espèce LiCoO₂ est égal à la charge de l'ion…

Écrire l'équation bilan du fonctionnement de l'accumulateur lors de la décharge et lors de la charge.

Donner l'équation chimique de la réaction modélisant cette transformation chimique.

Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation chimique entre H_2(g) et O_2(g) pour produire de l'eau liquide.

À partir des espèces présentes, écrire la demi-équation d'oxydoréduction modélisant la réaction électrochimique de formation du sodium liquide. Est-ce une oxydation ou une réduction ? A-t-elle lieu…

En déduire l'équation de la réaction électrochimique ayant lieu sur l'autre électrode. Est-ce une oxydation ou une réduction ? Quel est le gaz verdâtre libéré ?

Pour chacune des courbes représentées sur la figure B, entourer la partie correspondant à un phénomène de limitation du courant lié à la cinétique de transport du dioxygène dissout dans l'eau.

Afin de décrire les phénomènes se produisant lorsque l'acier en contact avec l'aluminium est laissé à l'abandon dans un milieu marin, compléter le schéma de la figure C du document réponse en…

Déduire du schéma de la figure 3 et des données de l'énoncé l'expression de l'avancement maximal ξₘₐₓ de cette réaction lorsque la tige de AZ31 a été totalement corrodée.

Quel lien peut-on établir entre le courant de corrosion i_corr et le courant surfacique j_AZ31 qui s'échappe de cette tige à l'instant initial ?

Quelle espèce chimique est alors responsable de l'action de blanchiment des dents ?

Justifier qualitativement à l'aide des diagrammes E-pH que cette réaction est quasi-totale.

Quelle attention particulière faut-il prendre en termes d'impédance quant au choix du millivoltmètre ?

On rappelle que par convention, le courant I est compté positif de l'électrode de travail vers la solution. Préciser, sur votre schéma du dispositif expérimental, comment circule conventionnellement…

En déduire que l'équation globale de fonctionnement de cette pile est identique à celle de la combustion du méthanol.

Indiquer le rôle de la solution aqueuse d'acide sulfurique dans l'empilement.

Faire un schéma simplifié mais d'étaillé de la pile en ne représentant qu'un seul disque de cuivre et un seul de zinc.

Calculer la puissance fournie par la pile dans les conditions de fonctionnement de la question précédente.

Écrire les réactions du dioxygène de l'air sur le plomb solide conduisant aux oxydes PbO_(s), Pb₃O_4(s) et PbO_2(s) à température ambiante. On prendra un coefficient stœchiométrique de 1 pour le…

Justifier le fait que la conduite joue le rôle de cathode.

Justifier ce choix.

Justifier le nom d'électrode sacrificielle donné à l'électrode de magnésium.

Quel intérêt y aurait-il à remplacer les électrodes à base de lithium par des électrodes à base de sodium ?

Un berlingot de 250 mL indique un degré chlorométrique de 36. En déduire le nombre de moles de dichlore qui peut être dégagé par acidification.

À pH = 8,3, d'après les diagrammes E-pH, quelle réaction rédox se produit par ajout d'iodure de potassium KI ? Écrire la réaction correspondante.

Quelle est la stabilité du zinc métallique dans l'eau en fonction du pH ?

Quel est le degré d'oxydation de l'élément Zinc dans l'espèce ZnS_(s) ? A partir de quelles espèces solubles du zinc et du soufre, ce précipité se forme-t-il ?

Ecrire la demi-équation redox du couple Zn(II)/Zn(0) en présence de ZnS_(s).

Écrire l'équation de réaction modélisant la transformation observée lors du phénomène de corrosion par piqures.

Lorsqu'on laisse une tranche de pomme à l'air libre, au bout de quelques minutes elle brunit. Si préalablement, cette tranche a été arrosée de jus de citron ou d'orange, le brunissement n'a plus…

À l'aide du diagramme E-pH, déterminer la valeur du pKₐ du couple AscH₂/AscH⁻.

À l'aide des diagrammes E-pH, justifier que l'acide ascorbique C₆H₈O₆ réagisse de façon quantitative avec le diiode I₂.

Exprimer la quantité de matière n_I_2,e de diiode I₂ qui a réagi lors du titrage.

Pourquoi ne fallait-il pas acidifier la solution avant l'ajout de l'iodure de potassium ?

Donner l'équation support de la réaction de titrage.

Écrire la demi-équation d'oxydoréduction associée au couple 3/4. En déduire la nature de la transformation subie par le composé 3.

Déterminer la charge électrique maximale Qₘₐₓ, en Coulomb, transférée par gramme d'ions lithium.

Écrire la demi-équation rédox de réduction des ions lithium, puis l'équation traduisant l'insertion de l'atome de lithium dans la structure carbonée.

Quel problème écologique cela peut-il soulever ?

En déduire la demi-équation rédox qui a lieu à l'électrode négative.

Déterminer, en W.h, l'énergie de la batterie d'un téléphone portable à 25 ^.

En déduire la masse de la batterie. Ce résultat vous semble-t-il plausible ?

De la même manière que pour l'électrode négative, écrire la demi-équation rédox ayant lieu à l'électrode positive.

Finalement, écrire l'équation rédox traduisant le fonctionnement de la batterie.

Calculer la charge transférée lors de la réaction.

À l'aide des données fournies en annexe expliquer le rôle de l'oxyde de potassium.

Dans l'eau désoxygénée à pH = 5 dire si, d'après le diagramme potentiel-pH, le fer est corrodé ou passivé.

Même question dans de l'eau contenant du dioxygène solubilisé à pH = 5.

Établir la relation entre la vitesse d'usure v_usure, le courant de corrosion i_corr, la surface exposée à la corrosion S, la constante de Faraday F, la masse molaire du fer M_Fe, et la masse…

Relier, en le justifiant, chacune des grandeurs iₘₐₓ et i_plateau à la propriété qu'elle caractérise.

Au vu des courbes données en figure (5) pour le chrome, le fer et l'acier chromé, expliquer pourquoi l'alliage fer/chrome est bien protégé de la corrosion.

Combien d'accumulateurs faut-il associer pour réaliser une batterie automobile ? Représenter cette association sur un schéma. Quelle est la capacité Q de chacun des accumulateurs ? En déduire les…

Pour chacun des domaines de potentiel ci-dessous, écrire la (les) réaction(s) électrochimique(s) observée(s) et expliquer l'allure de la courbe dans le domaine correspondant : (a) -1,00 V < U <…

Indiquer sur un graphique comment serait modifiée la courbe si elle était tracée avec une eau de mer contenant une plus faible concentration de dioxygène dissout.

Expliquer ces observations.

Déterminer si le palladium métallique Pd(s) peut être oxydé par une solution concentrée d'acide chlorhydrique (acide fort). Déterminer également s'il peut être oxydé en milieu neutre (pH = 7) par le…

Calculer la variation Δ e° de la force électromotrice standard de la pile qui en découle. Commenter.

Évaluer avec deux chiffres significatifs la tension réellement disponible à la décharge de la batterie pour l'intensité I₀ indiquée sur la figure 8.

Calculer la tension du générateur permettant la recharge avec une intensité I₀. Identifier le risque que l'on prend en augmentant cette tension, la batterie étant scellée.

Écrire la demi-équation électronique correspondante. Cette dégradation aura-t-elle lieu à la charge ou à la décharge de la batterie ?

On considère une batterie de capacité Q = 40 A. Calculer la masse de plomb oxydée si l'on décharge la batterie à 50 %.

On caractérise la batterie par sa capacité spécifique C, qui est la charge électrique pouvant être délivrée par gramme de " matière active ". Calculer cette capacité spécifique dans le cas où la "…

En déduire la masse de matière active utile pour une batterie de capacité Q = 40 A.

La fém d'une batterie Li-ion est E = 3,6 V. Estimer l'énergie massique d'une batterie Li-ion. Commenter.

En déduire un ordre de grandeur de la constante d’équilibre de la réaction de titrage (6). Conclure.

Déduire des questions précédentes que la concentration en éthanol du distillat est : C_distillat=(6 · C₂ · V₂-C · V_éq)/(4 · V₁)

Justifier l'absence de palier de diffusion des courbes i-E.

En déduire la relation de proportionnalité entre la concentration molaire en phénol et la demande chimique en oxygène DCO.

Montrer alors que le rendement faradique r_F de la réaction de dépollution est donné par la relation : r_F = (4(DCOₑ - DCO_s)VF)/(IΔ t M_O_2) où DCOₑ et DCO_s représentent respectivement la demande…

En utilisant la réponse à la question précédente, donner l'ordre de la réaction par rapport au phénol en mode galvanostatique. En déduire que, quel que soit le type de réacteur utilisé, ouvert ou…

Exprimer l'évolution de la concentration en phénol c lorsque t > tₘ dans un réacteur fermé. Réécrire cette expression en faisant apparaître le temps caractéristique du transfert de masse : τₘ = V/Akₘ

Justifier que, par définition, le rendement faradique, lorsque t > tₘ, s'exprime r_F = I_lim /I_imp. En déduire l'expression du rendement faradique en fonction du temps pour t > tₘ.

Commenter les deux courbes obtenues expérimentalement en comparant avec l'étude théorique précédente.

Comparer les résultats obtenus avec et sans électrolyse pour vérifier si le dégagement gazeux produit lors de la réaction d'oxydation ne perturbe pas le fonctionnement du réacteur. Proposer une…

La réduction de 1 par électrolyse conduit à un carbanion que l'on notera 1' et au départ de l'ion chlorure Cl⁻. Donner la demi-équation électronique de la réduction et représenter les différentes…