Classification électrochimique des métaux

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1 Classification électrochimique des métaux Information Les métaux et leurs cations forment des couples oxydo-réducteurs susceptibles de donner des réactions chimiques par échange d'électrons entre les formes oxydante et réductrice de deux couples différents. Ces réactions peuvent se faire directement par action d'un métal sur un ion métallique appartenant à un autre couple. L'étude de ces diverses réactions permettra de réaliser un classement des divers ions métalliques selon leur pouvoir oxydant ou des métaux en fonction de leur pouvoir réducteur croissant. A) Manipulation 1. et l'ion II 1.1. Mode opératoire a) Réalisation de la réaction Dans un bécher, verser environ 40 ml d'une solution de, puis ajouter 1 plaque de. b) Exploitation Y a-t-il un dépôt? (répondre dans le tableau) Si oui, en fonction des espèces chimiques présentes, quel est le métal apparu? (répondre dans le tableau) En déduire l espèce ionique apparue? 1.2. Conclusion Ecrire les demi-équations électroniques : (répondre dans le tableau). En déduire l oxydant et le réducteur. Placer les couples dans le tableau 2. et d autres ions métalliques Préparer 4 béchers contenant les ions Fe 2+ ( fer), Ag + (nitrate ), (nitrate de ). Chaque bécher devra être identifié, écrire au feutre dessus ou placer une feuille de papier avec le nom de la solution. NE PAS JETER LES SOLUTIONS AVANT LA FIN DU TP. Plonger la plaque de dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant 3. fer et les ions métalliques, Cu 2+, Zn 2+, Ag +, Plonger la plaque de fer dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant 4. et les ions métalliques, Fe 2+, Zn 2 +, Ag + Plonger la plaque de dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant 5. et les ions métalliques Cu 2+, Fe 2+, Zn 2+, Ag + Plonger la plaque de dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant 6. argent et les ions métalliques Cu 2+, Fe 2+, Zn 2+, Plonger la plaque de dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant B) Classement électrochimique des métaux 1. Classement des ions métalliques selon leur pouvoir oxydant et des métaux selon leur pouvoir réducteur a) Indiquer les métaux oxydés : par l ion Cu 2+ : Zn, Fe, Pb par l ion Fe 2+ : Zn par l ion Zn 2+ : aucun par l ion Zn,Fe par l ion Ag + Zn, Fe, Pb, Cu b) Classer d après ces observations les ions métalliques selon pouvoir oxydant croissant : Zn 2+ < Fe 2+ < < Cu 2+ < Ag + c) Indiquer les ions métalliques réduits : par le métal Zn : Cu 2+,Fe 2+,,Ag + par le métal Cu : Ag + par le métal fer Fe : Cu 2+,Fe 2+,, par le métal : Pb Cu 2+,Ag + par le métal argent Ag :

2 d) Classer d après ces observations les métaux selon pouvoir réducteur croissant : Ag<Cu <Pb <Fe < Zn 2. Classement des couples oxydo-réducteur Les deux classements précédents peuvent être résumé en un seul qui va classer les couples ion métallique/métal. On place les couples sur un axe horizontal, l'ion métallique (oxydant) en haut, le métal (réducteur) en bas. Le pouvoir oxydant augmente vers la droite, le pouvoir réducteur vers la gauche. Compléter la figure suivante : Al 3+ Zn 2+ Fe 2+ Cu 2+ Ag + pouvoir oxydant croissant Al Zn Fe Pb Cu Ag pouvoir réducteur croissant C) Place du Couple H + / H 2 Le couple H + / H 2 est un couple oxydo-réducteur particulièrement important, bien que non métallique. Réaliser des expériences pour déterminer le pouvoir oxydant de l ion H +. Placer le couple H + /H 2 dans le classement des métaux ci-dessus. 4. Prévisions de réactions de l acide chlorhydrique sur l aluminium Prévoir, d après la position du couple dans la classification ci-dessus, si l acide chlorhydrique attaque le métal aluminium. Vérifier en réalisant les expériences et conclure. Solution de Solution de fer Solution de nitrate II Cu 2+ Fe 2+ Ag + oui oui oui Dépôt rougeâtre de Dépôt de fer Demi-équation d oxydation Zn Zn e - Zn Zn e - Zn Zn e - Cu e - Cu Fe e - Fe Ag + + e - Ag Equation générale Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ Fe 2+ + Zn Fe + Zn 2+ 2Ag + + Zn 2Ag + Zn 2+ oui Dépôt de Demi-équation d oxydation Zn Zn e e - Pb Equation générale + Zn Pb + Zn 2+ /Pb

3 Solution de Solution de Solution de nitrate fer Cu 2+ Zn 2+ Ag + oui non oui Dépôt rougeâtre de Demi-équation d oxydation Fe Fe e - Fe Fe e - Cu e - Cu Ag + + e - Ag Equation générale Cu 2+ + Fe Cu + Fe 2+ 2Ag + + Fe 2Ag + Fe 2+ fer oui Dépôt de Demi-équation d oxydation Fe Fe e e - Pb Equation générale + Fe Pb + Fe 2+ Solution de Solution de nitrate Solution de fer Zn 2+ Fe 2+ Ag + non non oui Demi-équation d oxydation Cu Cu e - Ag + + e - Ag Equation générale 2Ag + +Cu 2Ag + Cu 2+ non Demi-équation d oxydation Equation générale

4 Solution de Solution de Solution de fer argent Cu 2+ Fe 2+ Zn 2+ non non non Demi-équation d oxydation Equation générale argent non Demi-équation d oxydation Equation générale Solution de Solution de nitrate Solution de fer Zn 2+ Fe 2+ Ag + non non oui Demi-équation d oxydation Pb + 2e - Ag + + e - Ag Equation générale 2Ag + +Pb 2Ag + /Pb Solution de Cu 2+ oui Dépôt de Demi-équation d oxydation Pb + 2e - Cu e - Cu Equation générale Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ /Pb

5 Classification électrochimique des métaux Information L association de demi-piles par un pont salin constitue une pile électrochimique dont on pourra mesurer la différence de potentiel (force électromotrice (tension à vide) de la pile) avec un voltmètre. Une demi-pile est formée par un couple Ox/red dont l du métal plonge dans une solution d un de ses sels. On note une pile par la suite des éléments qui la constituent : Red1 / Ox1 / / Ox2/Red2. V Electrode (Métal M1) Pont salin Electrode (Métal M2) Solution contenant des ions du métal M1 Solution contenant des ions du métal M2 A) Manipulation 1. Pile Zinc-Cuivre a) Réaliser une pile : Zn / Zn 2+ /pont salin / Cu 2+ / Cu Mesurer sa force électromotrice (tension à vide) à l'aide d'un voltmètre. (répondre dans le tableau Indiquer quel est le pôle + et le pôle de la pile. (répondre dans le tableau b) Interprétation : La mesure de la force électromotrice (tension à vide) permet de déduire la circulation d'un courant électrique. L'identification des pôles de la pile permet de déduire le sens de circulation des électrons dans le conducteur extérieur. Les électrons sont produits à l' de et consommés à l' de. Le est donc oxydé en Zn 2+ fournissant au circuit extérieur deux électrons qui vont aller à l' de. A l' de les ions Cu 2+ captent les électrons fournis par le conducteur extérieur et donnent du métallique. Pôle moins : Zn Zn e - Pôle plus : Cu e - Cu Bilan : Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Ici l'échange électronique se fait par l'intermédiaire du conducteur extérieur.

6 2. Autres piles Réaliser les piles indiquées dans le tableau et mesurer leur force électromotrice (tension à vide) Ecrire la pile sous la forme Red1 / Ox1 / / Ox2/Red2. Indiquer le pôle + pour chaque pile. Interpréter les réactions qui se produisent aux s. Borne V E Ag + (aq)/ Ag (s) Cu 2+ (aq)/ Cu (s) (aq)/pb (s) Fe 2+ (aq)/ Fe (s) Zn 2+ (aq)/zn (s) Ag + (aq)/: Ag (s) 0,74 (0,80) 0,40 0,86 0,89 1,42 Cu 2+ (aq)/ Cu (s) 0,34 V 0,48 0,49 1,05 (aq)/pb (s) -0,14 0,03 0,56 Fe 2+ (aq)/ Fe (s) -0,15( 0,44) 0,50 Zn 2+ (aq)/zn (s) -0,71 B) Classement quantitatif des couples 1. Montrer, à partir des observations précédentes qu'on retrouve le classement électrochimique des métaux. 2. Utiliser les valeurs des force électromotrice (tension à vide) trouvées pour calculer les potentiels E 3. Classer quantitativement les couples. Sur un axe on placera les divers couples en les écartant d'une distance proportionnelle à la force électromotrice (tension à vide) de la pile les mettant en jeu. Le couple H + (aq)/h 2(g) qui est par convention au potentiel 0V. C) Prévision de la force électromotrice (tension à vide) d'une pile Utiliser le tableau pour prévoir les polarités et la force électromotrice (tension à vide) de l'ensemble de ces deux piles semble pile et vérifier expérimentalement le résultat obtenu. + de fer + de + de fer + de fer

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