CHI Corrigé. Forme E. Équilibre chimique et oxydoréduction

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1 CHI-5043 Corrigé Forme E Équilibre chimique et oxydoréduction Conception : Isabelle Lapierre, C.S. des Laurentides. janvier Modifié par Sylvain Lavallée, C.S. Chemin-du-Roy, 2011.

2 1. a) Ni +2 est un oxydant. d) Al (s) est réducteur. 2. a) Si la température augmente, [H 2 ] et [O 2 ] augmentent et [H 2 O] diminue. La réaction endothermique est favorisée. Si la pression diminue, [H 2 ] et [O 2 ] augmentent et [H 2 O] diminue. La réaction qui produit le plus de moles de gaz est favorisée. b) Si la température augmente, [H 2 ] et [N 2 ] augmentent et [NH 3 ] diminue. La réaction endothermique est favorisée. Si la pression diminue, [H 2 ] et [N 2 ] augmentent et [NH 3 ] diminue. La réaction qui produit le plus de moles de gaz est favorisée. c) Si la température augmente, [O 2 ] et la masse de carbone solide augmentent et [CO 2 ] diminue. La réaction endothermique est favorisée. Si la pression diminue, il n y a aucun effet. 3. H 2 SO 4 2 H SO 4 0,0625 M 0,125 M LiOH Li + + OH - 4. a) C H+ V a C H+ 75 C H+ ph C OH- V b 0,25 37,5 0,125 M - log[h + ] - log(0,125) 0,90. Trouvons le ph de la base. [H + ] [OH - ] [H + ] 0,25 [H + ] ph log[h + ] - log( ) 13,4. [H+] 10 -ph 10-11,5 3, M [H + ] [OH - ] 3, [OH - ] [OH - ] 3, M. 2

3 5. b) [H+] 10 -ph 10-0,2 0,63 M [H + ] [OH - ] 0,63 [OH - ] [OH - ] 1, M. a) K c b) Si la température augmente, la réaction inverse est favorisée. Il y a moins de produits et plus de réactifs obtenus. Ainsi, la constante d équilibre va diminuer car les réactifs constituent le dénominateur de et les produits, le numérateur de K c H N O 3 + I 2 H I O 3 + NO 2 + H 2 O 10 N e - 10 N +4 I 2 2 I e - 10 N +5 + I 2 10 N I HNO 3 + I 2 2 HIO NO H 2 O. a) Les systèmes 1 et 2. b) Dans le système 3, les réactifs sont presqu inexistants; donc, la réaction réversible n est pas possible. Dans le système 4, le propane se transforme en gaz carbonique et en vapeur d eau. Or, il est impossible que ces deux gaz forment du propane. C est donc un système stationnaire et non un système fermé. a) CH 3 COOH H + + CH 3 COO -. b) H 3 BO 3, H 2 CO 3 et CH 3 COOH. H 2 CO 3 H + + HCO 3 -. H 3 BO 3 H + + H 2 BO

4 9. Oxydant Réducteur Différence de potentiel (V) Zn +2 Mg 1,61 V Ni +2 Mg 2,14 V Ni +2 Zn 0,53 V Classement : Zn-Ni +2, Mg-Zn +2 et Mg-Ni a) Zinc. b) Cuivre. c) Du zinc vers le cuivre. d) Les ions K + vont vers la solution cathodique et les ions Cl -, vers la solution anodique Augmenter [H 2 ] ou [I 2 ]; dans ce cas, le système tend à augmenter la concentration des produits. - Augmenter la température ; la réaction endothermique sera favorisée; dans ce cas-ci, c est la réaction directe. - Retirer [NH 3 ] au fur et à mesure car l équilibre tend à revenir à son stade initial. 12. H 2 + I 2 2 HI D 0 2,5 3 R + x + x - 2 x E x 2,5 + x 3-2 x K c 0,022 0, ,978 x 2 12,055 x + 9 x 1,3 M ou x 1,7 M. On rejette x 1,7 M car 3 2x 3 2 1,7-0,4 M < 0. Ainsi, [H 2 ] 1,3 M, [I 2 ] 3,8 M et [HI] 0,4 M. 4

5 13. a) c) et d) car leurs potentiels standards de réduction avec l hydrogène ont une valeur négative. 14. Pb e - Zn (s) Pb (s) Zn e - Pb +2 + Zn (s) Pb (s) + Zn E 0 E cathode E anode -0,13 (-0,76) -0,13 + 0,76 0,63 V. 10 HNO 3 + I 2 2 HIO NO H 2 O. 50 g? g mole x mole HNO 3 NO 2 63 g 50 g x 0,79 mole 10 moles de HNO 3 0,79 mole x 1 mole 0,79 mole x 10 moles de NO 2 x mole de NO 2 0,79 moles de NO 2 46 g x g 36,43 g de NO 2. - Au XIX e siècle, la pile de Daniell servait principalement à alimenter en courant les lignes téléphoniques et les sonneries électriques. Elle était à l origine la seule source de courant. - Les accumulateurs (batteries) que l on retrouve dans les voitures sont rechargeables. démarrage. Ils permettent de fournir un courant très intense pour le - L électrolyse utilise la notion de pile pour décomposer des substances qui avaient résisté aux méthodes d analyses traditionnelles. Cela a permis d identifier les éléments constituant les corps composés. La recherche sur l atome a suivi. - La galvanoplastie utilise l oxydoréduction pour recouvrir (plaquer) des objets métalliques avec un métal en utilisant la pile. 5

6 - La production d aluminium et de magnésium utilise l oxydoréduction pour la purification. Le magnésium est utilisé dans les structures de voitures et d avions Al 2 O 3 O 2 + Al O -2 O e O 3 3 O e - Al e - Al 0 2 Al e - 4 Al 0 2 Al O 3 4 Al O 2 2 Al 2 O 3 4 Al + 3 O a) Les acides, le ph et les solutions tampons. b) Les pluies acides font varier le ph d un lac, ce qui peut affaiblir certaines espèces et favoriser la croissance d autres; donc, déstabiliser tout l écosystème. Elles sont dues principalement aux rejets importants de SO 2 produits par combustion de combustibles fossiles. 19. En présence d ions chlorure, d humidité et d oxygène, le fer contenu dans l acier subit une oxydation. Il y a un transfert d électrons du fer vers le béton. Pour protéger l acier, on le relie électriquement à un métal tel que le zinc ou le magnésium qui lui, subira la corrosion à la place de l acier. Le magnésium et le zinc ont des potentiels plus bas que le fer. Ces métaux joueront le rôle d anode. L oxydation du fer ne peut se produire car c est l anode qui s oxyde. 20. L expression de la constante d équilibre est K c. Une diminution de la température favorise la réaction inverse (endothermique). Il y aura formation de plus de réactifs et moins de produits. La constante d équilibre diminuera. 21. a) Diminuer [H 2 ] et [I 2 ]; si les réactifs diminuent, il y aura moins de produits qui seront obtenus. La réaction inverse sera favorisée. 6

7 22. a) b) Diminuer la pression favorise le côté ayant le plus grand nombre de moles de gaz. Dans ce cas-ci, la réaction inverse est favorisée. c) Augmenter la température favorise la réaction exothermique; dans ce cas-ci, la réaction inverse est favorisée. Al (s) Cl - K + pont salin (KCl) Co (s) b) Al +3 Co SO 4 SO 4 3 Co e - 3 Co (s) 2 Al (s) 2 Al e - 3 Co Al (s) 3 Co (s) + 2 Al +3. c) E 0 E cathode E anode -0,28 (-1,66) -0,28 + 1,66 1,38 V. 23. a) Oui, les réactions directes et inverses continuent de s effectuer. b) Elle est réversible. c) Les vitesses sont égales. 24. X 2 + Z 2 2 XZ D 0 0 1,5 R + x + x - 2 x E x + x 1,5-2 x K c x x + -2,25 x 0,078 M. Donc [X 2 ] 0,078 M, [Z 2 ] 0,078 M et [XZ] 1,34 M. 7

8 25. a) La réaction directe (exothermique) est favorisée pour remplacer l énergie perdue. b) La réaction directe est favorisée car il y a moins de molécules. c) La réaction inverse est favorisée pour remplacer la perte de H 2. d) La réaction directe est favorisée pour remplacer la perte de NH a) L électrode de zinc. 27. b) Les énoncés 3 et 4 sont vrais car le zinc (ZN (s) ) est oxydé car c est une réaction d oxydation; il donne ses électrons aux ions Ni +2. H 2 SO 4 2 H SO 4 0,01 M 0,02 M NaOH Na + + OH C H+ V a 0,02 72 C OH- ph C OH- V b C OH ,04 M - log[h + ] - log(0,02) 1,7. Trouvons le ph de la base. [H + ] [OH - ] [H + ] 0,04 [H + ] ph KOH K + + OH - H + ] [OH - ] 8, , [H + ] 8, [H + ] 2, log[h + ] - log(2, ) 12,6. 1, a) ph - log[h + ] - log(1, ) 12,9. Mn(NO 3 ) 2 Ni(NO 3 ) 2 AgNO 3 Pb(NO 3 ) 2 Mn (s) réaction réaction réaction aucune Ni (s) réaction réaction réaction aucune aucune aucune Ag (s) réaction réaction réaction aucune aucune Pb (s) réaction réaction réaction 8

9 b) Ordre Réducteur Oxydant D.D.P. (V) 1. Mn (s) Ag + 1,98 2. Mn (s) Pb +2 1,05 3. Ni (s) Ag + 1,03 4. Mn (s) Ni +2 0,95 5. Pb (s) Ag + 0,93 6. Ni (s) Pb +2 0, b), c) et d) car leur différence de potentiel sont positifs. b) : E E cathode E anode 0,54 (-0,73) 1,27 V > 0. c) : E E cathode E anode -0,76 (-2,76) 2 V > a) d) : E E cathode E anode 0,54 (-0,40) 0,94 V > 0. H 2 SO NaOH Na 2 SO H 2 O. 45 g? g H 2 SO 4 Na 2 SO 4 98,1 g 1 mole de H 2 SO 4 45 g 0,46 mole 0,46 mole x 1 mole x mole x 1 mole de Na 2 SO 4 x mole de Na 2 SO 4 0,46 moles de Na 2 SO 4 1 mole 0,46 mole 142,1 g x g b) x H 2 SO NaOH Na 2 SO H 2 O.? g 3,5 moles 65, 3 g de Na 2 SO 4. 2 moles de NaOH x mole x 1 mole 7 moles x 1 mole de Na 2 SO 4 3,5 moles 7 moles de NaOH 40 g x g 280 g de NaOH. 9

10 C + H N O 3 C O 2 + N O + H 2 O 4 N e N 3 C 0 3 C e - 4 N C 0 5 N C +4 3 C+ 4 HNO 3 3 CO N O + 2 H 2 O 33. b) : Le réducteur occupe toujours la position la plus basse dans le tableau des potentiels standards de réduction. c) : Les réactions d oxydoréduction spontanées sont exothermiques. 10

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