On réalise une pile à partir des couples Zn2+ / Zn et Ni2+
/ Ni . Chaque solution a pour volume V= 100 mL et la concentration initiale en
ion positif est c = 0,05 mol.L-1
Données : Zn = 65,4 g.mol-1 ; Ni = 58,7
g.mol-1 ; rZn = 7 g.cm -3 ;
constante d'Avogadro : Na = 6,02 1023 mol-1 ; e = 1,6 10-19
C ; 1 F = 96500 C.mol-1 ;
pour la réaction Ni2+ + Zn = Zn2++ Ni la constante d'équilibre K vaut K = 1018.
Réalisation de la pile :
a) L'électrode
positive de la pile est le nickel. Faire le schéma de la pile. Préciser sur un
schéma le sens du courant et le sens de déplacement des électrons dans le
circuit extérieur.
b) Ecrire les
demi-équations des réactions se produisant aux électrodes ; préciser s'il
s'agit d'une oxydation ou d'une réduction.
c) Ecrire
l'équation de la réaction globale qui intervient quand la pile débite.
d) Calculer la
valeur du quotient de réaction initial Qr,i. Cette valeur est-elle
cohérente avec la polarité proposée ?
Etude de la
pile : On fait débiter la pile dans un conducteur
ohmique.
a) Comment varie
la concentration des ions positifs dans chaque bêcher ?En déduire l'évolution
du quotient de réaction Qr.
b) La réaction
étant considérée comme totale, calculer l'avancement maximal xmax de
la réaction.
c) Quelle relation
existe-t-il entre xmax et la quantité de matière d'électrons qui ont
circulés ? En déduire la quantité totale d'électricité fournie par cette pile.
Décharge partielle de la
pile : on prend une deuxième pile identique et on laisse
fonctionner pendant une heure. On suppose l'intensité constante. On constate
une augmentation de masse de l'électrode de nickel de 100 mg.
a) Calculer la
quantité de matière d'ion Ni2+ disparue notée nNi2+
pendant cette durée.
b) Déterminer la
quantité d'électricité correspondante notée Q.
c) En déduire
l'intensité du courant.
a) On donne les
valeurs de l'absorbance, pour les solutions de sulfate de nickel de
concentrations c différentes, mesurée à une longueur d'onde égale à 390 nm.
|
c(mol/L) |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,03 |
0,04 |
0,05 |
|
A |
0 |
0,2 |
0,41 |
0,61 |
0,82 |
1,02 |
Tracer la courbe de
l'absorbance en fonction de la concentration c.
b) On mesure
l'absorbance d'une solution dans laquelle plonge l'électrode de nickel. La
valeur de l'absorbance A = 0,67. En déduire graphiquement la valeur de la
concentration des ions Ni2+ restant en solution.
c) Quelle est la
quantité d'ion Ni2+ disparus ? Ce résultat est-il en accord avec les
calculs précédents ?