Solution des exercices : Classification qualitative des couples oxydant-réducteur ion métalique/métal - 1er s

$$$\begin{array}{lll}{n}_{H_2}& =& {\displaystyle \frac{V}{V_m}}\\ \\ & =& {\displaystyle \frac{0.9}{22.4}}\\ \\ \Rightarrow n_{H_2}& =& 0.040mol\end{array}$$$

 

b) Déduction de la quantité de matière de zinc contenue dans l'échantillon.                          

 

$$$\begin{array}{lll}{n}_{Zn}& =& n_{H_2}\\ \Rightarrow n_{Zn}& =& 0.040mol\end{array}$$$

 

4) a) Calcul de la masse du zinc qui a réagi.                                                                               

 

$$$\begin{array}{lll}{m}_{Zn}& =& n_{Zn}\times M_{Zn}\\ & =& 0.040\times 65.39\\ \Rightarrow m_{Zn}& =& 2.62g\end{array}$$$

 

b) Déduction du pourcentage massique, en zinc et en cuivre, du laiton.                             

 

$$$\begin{array}{lll}\mathrm{\%}{m}_{Zn}& =& {\displaystyle \frac{m_{Zn}}{m}}\times 100\\ \\ & =& {\displaystyle \frac{2.62}{15}}\times 100\\ \\ \Rightarrow \mathrm{\%}{m}_{Zn}& =& 17.5\end{array}$$$           

 

$$$\begin{array}{lll}\mathrm{\%}{m}_{Cu}& =& 100-17.5\\ & =& 100-\mathrm{\%}{m}_{Zn}\\ \Rightarrow \mathrm{\%}{m}_{Cu}& =& 82.5\end{array}$$$  

 

1) Décrivons  ce que se passe dans chaque expérience.

 

a) Lorsqu'on plonge une lame de cuivre dans une solution $\left(Ag^{+}\;,\ NO^{-}_{3}\right)$, les ions $Ag^{+}$, oxydant plus fort, réagissent avec la lame de cuivre, et on observe une coloration bleue caractéristique des ions $Cu^{2+}$

 

b) Lorsqu'on plonge une lame de cuivre dans une solution $\left(Zn^{2+}\;,\ SO^{2-}_{4}\right)$, on n'observe rien car les ions $Zn^{2+}$ ne peuvent pas oxyder la lame de cuivre.

 

c) Si on plonge une lame d'aluminium dans une solution $\left(H^{+}\;,\ Cl^{-}\right)$, les ions $H^{+}$, oxydant plus fort, réagissent avec la lame d'aluminium ; et on observe un dégagement du dihydrogène.

 

2) Équations des réactions possibles

 

$$$\begin{array}{ll}Cu⟶C{u}^{2+}+2e& \\ & \Rightarrow Cu+2A{g}^{+}⟶C{u}^{2+}+2Ag\\ 2(A{g}^{+}+e⟶Ag)& \end{array}$$$

 

 

$$$\begin{array}{ll}3(H_3{O}^{+}+e⟶{\displaystyle \frac{1}{2}}{H}_2+H_{2}O)& \\ & \Rightarrow 3H_3{O}^{+}+Al⟶{\displaystyle \frac{3}{2}}{H}_2+3H_{2}O+A{l}^{3+}\\ Al⟶A{l}^{3+}+3e& \end{array}$$$

1) a) Identification des produits de la réaction. 

 

Le dépôt gris scintillant qui apparaît sur les grains de fer montre qu'il s'est formé de l'argent métal.

 

Le précipité vert qui apparaît instantanément montre qu'il s'est également formé des ions $Fe3+$

 

b) Équations relatives à l'oxydation et à la réduction

 

$Fe\ \longrightarrow\ Fe^{2+}\ +\ 2e$

 

$2\left(Ag^{+}\ +\ e\ \longrightarrow\ Ag\right)$

 

$-\ $Équation bilan de la réaction

 

$Fe\ +\ 2Ag^{+}\ \longrightarrow\ 2Ag\ +\ Fe^{2+}$

 

$-\ $Précisons les couples rédox mis en jeu au cours de cette réaction.

 

Ces couples sont : 

 

$Ag^{+}/Ag\quad$ et $\quad Fe^{2+}/Fe$

 

2) a) Calcul de la quantité de matière initiale de chacun des réactifs.

 

$$$\begin{array}{lll}{n}_{A{g}^{+}}& =& C\times V\\ & =& 1\times 100\cdot {10}^{-3}\\ \Rightarrow n_{A{g}^{+}}& =& 0.1mol\end{array}$$$

 

$$$\begin{array}{lll}{n}_{Fe}& =& {\displaystyle \frac{m}{M}}\\ \\ & =& {\displaystyle \frac{2.24}{55.85}}\\ \\ \Rightarrow n_{Fe}& =& 0.04\end{array}$$$

 

b) Les réactifs ne sont pas en proportions stœchiométriques 

 

$$$\begin{array}{lll}{\displaystyle \frac{n_{A{g}^{+}}}{2}}& =& {\displaystyle \frac{0.1}{2}}\\ \\ & =& 0.05mol\succ {\displaystyle \frac{n_{Fe}}{1}}=0.04mol\end{array}$$$

 

Le fer est le réactif limitant.

 

c) Calcul, à la fin de la réaction : 

 

$-\ $la concentration molaire des ions présents dans la solution.

 

$$$\begin{array}{lll}{C}_{F{e}^{2+}}& =& {\displaystyle \frac{n_{Fe}}{V}}\\ \\ & =& {\displaystyle \frac{0.04}{100\cdot {10}^{-3}}}\\ \\ \Rightarrow C_{F{e}^{2+}}& =& 0.4\end{array}$$$

 

$-\ $la masse du dépôt métallique formé $(Ag).$

 

$$$\begin{array}{lll}{m}_{Ag}& =& n_{Ag}\times M_{Ag}\\ & =& 2n_{Fe}\times M_{Ag}\\ & =& 2\times 0.04\times 107.87\\ \Rightarrow m_{Ag}& =& 8.63g\end{array}$$$

 

3) Comparons les pouvoirs réducteurs de $Fe$, $Ag$ et $H.$

 

Une solution d'acide chlorhydrique réagit avec le fer mais elle est sans action sur l'argent.

 

Le fer est réducteur que l'hydrogène ; par contre l'argent est donc moins réducteur. 

 

D'où ce classement