L'eau est une molécule très stable,
abondante sur terre et essentielle à la vie. C'est
pourquoi l'eau a longtemps été
considérée comme un élément
chimique à part entière. Toutefois, peu
après l'invention de la cellule voltaïque en
1800, Nicholson et Carlyle décomposèrent l'eau
en dihydrogène et en dioxygène par
électrolyse, prouvant ainsi qu'il s'agissait d'un
composé chimique.
- L'eau peut être vue comme du dihydrogène
oxydé par le dioxygène. En
conséquence, le dihydrogène peut être
formé par réduction de l'eau, à
partir d'une solution aqueuse de sulfate de sodium, au
niveau d'une électrode de platine reliée au
pôle négatif d'un générateur
de courant continu. La solution proche de
l'électrode devient basique. Ecrire une demi
équation redox, équilibrée, rendant
compte de la réduction de l'eau.
réponse : couple oxydant /
réducteur : H2O / H2 :
2H2O + 2e-
= H2 +2OH-.
- L'eau peut être également vue comme du
dioxygène réduit par le dihydrogène.
En conséquence, le dioxygène peut
être formé par oxydation de l'eau au niveau
d'une électrode de platine reliée au
pôle positif du générateur. Ecrire
une demi équation redox, équilibrée,
rendant compte de l'oxydation de l'eau.
réponse : couple oxydant /
réducteur : O2 /H2O :
H2O =
½O2 +2H+ +
2e-.
- Lorsque les électrodes sont constituées
de cuivre, en début d'électrolyse, on
observe un dégagement gazeux qu'au niveau d'une
seule électrode. Ecrire une demi équation
redox, au niveau de l'électrode où aucun
gaz ne se produit.
réponse : couple oxydant /
réducteur : Cu2+ /Cu :
Cu = Cu2+ +
2e-.
(oxydation du cuivre de
l'anode )
- Une autre espèce présente en
solution et susceptible d'être réduite est
l'ion sodium. En solution aqueuse, la réduction de
l'ion sodium ne se produit pas car l'eau est
réduite avant l'ion sodium. Cependant, comme
Humphrey Davy l'a découvert en 1807, le sodium
peut être obtenu par électrolyse du chlorure
de sodium fondu. En vous basant sur les observations des
questions précédentes, affecter les
processus redox à leur potentiel standart ( en
volts).
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processus
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potentiel
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|
réduction de l'ion
Cu2+
|
+0,340
|
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réduction du
dioxygène
|
-2,710
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|
réduction de l'eau
|
-0,830
|
|
réduction de l'ion sodium
Na+
|
0,000
|
|
réduction de l'ion hydronium
H3O+
|
1,230
|
réponse :
réduction de l'ion sodium Na+ :
couple Na+ / Na :
-2,71 V
réduction de l'eau :
couple H2O /
H2 : -0,830
réduction de l'ion hydronium
H3O+ :
couple
H3O+ / H2 : 0,00
V
réduction de l'ion Cu2+ :
couple Cu2+ / Cu : +
0,34 V
réduction du dioxygène :
O2 /H2O :
1,23 V
Le potentiel d'électrode est affecté par
d'autres réactions qui se produisent au voisinage de
l'électrode. Le potentiel d'une électrode de
cuivre plongée dans une solution d'ion
Cu2+, à 0,100 mol/L, varie lors de la
précipitation de l'hydroxyde Cu(OH)2. La
précipitation de Cu(OH)2 débute
à pH=4,84.
- Déterminer le produit de solubilité
Ks de Cu(OH)2 à 25 °C (
Ke = 1,00 10-14 )
réponse :
Cu(OH)2 solide= Cu2+ + 2
HO-.
Ks
=[Cu2+][HO-]2.
avec [Cu2+] = 0,100 mol/L
et [HO-] =
Ke/[H3O+]=10-14
/ 10-4,84 = 10-9,16 mol/L ;
[HO-]2 =10-18,32
= 4,79 10-19.
Ks = 4,79
10-20
- Calculer le potentiel standard correspondant à
la réaction : Cu(OH)2 solide+
2e- = Cu solide +
2OH-aq
(3)
réponse :
(1) Cu(OH)2
solide= Cu2+ + 2 HO-.
Ks
=[Cu2+][HO-]2.
(2) Cu2+ +
2e- = Cusolide.
E = 0,340 + 0,03 log
[Cu2+].
(1) +
(2) donne
(3).
[Cu2+] =
Ks
/[HO-]2.
E = 0,340 + 0,03 log (Ks
/[HO-]2)
E= 0,340 + 0,03 logKs -
0,06 log [HO-].
Le potentiel standard est :
E° = 0,340 + 0,03 log
Ks
E° = 0,340+0,03 log 4,79
10-20 = 0,340-0,580 ;
E°= -0,240
V.
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