Comment fonctionne la pile Daniell?

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1 Comment fonctionne la pile Daniell?
La pile est constituée de 2 demi-piles formées d'une électrode métallique et de la solution contenant l'ion métallique correspondant: Du côté cuivre, il y a production de cuivre métallique et consommation d'ions cuivre II. Du côté zinc, il y a consommation de zinc métallique et production d'ions zinc en solution. Cu2+(aq) + 2 e- = Cu (s) Zn(s) = Zn e- Les réactions aux électrodes sont justifiées par le sens de circulation des électrons de l'électrode de zinc vers celle de cuivre comme nous l’avons vu en TP:

2 Na+(aq) + HO-(aq) (0,1 mol/L)
Qu’est ce qu’un oxydant et un réducteur ? Première situation expérimentale : Paille de zinc Cu2+(aq) (0,3 mol/L) Dépôt de Cu Qu’est devenue la solution ? Na+(aq) + HO-(aq) (0,1 mol/L) Précipité de Zn(OH)2 Le précipité blanc de Zn(OH)2 manifeste la formation d’ions Zn2+

3 L’ion Cu2+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de
La transformation observée révèle le dépôt d’une couche rougeâtre de cuivre et la formation d’ions Zn2+, dont le précipité avec la solution de soude est caractéristique. Quelle est la réaction chimique qui peut a priori la modéliser ? Cu2+(aq) Zn(s)  Cu(s) Zn2+(aq) Au cours de la transformation, les atomes Zn ont perdu des électrons alors que les ions Cu2+ en ont gagné. L’ion Cu2+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de fixer des électrons. L’atome Zn est ici qualifié de réducteur, car il est capable de céder des électrons.

4 Cu Deuxième situation expérimentale :
Le cuivre est un métal très conducteur, de couleur rougeâtre, de symbole Cu, dont on fait les fils électriques. Prélevons quelques brins de cuivre dans une tresse entourant les câbles télé. Déposons ces brins dans un becher de 50 mL contenant 20 mL de solution de nitrate d’argent Ag+ , NO3- (1 mol/L) : Cu Ag+(aq) Dépôt d’Ag Cu2+(aq)

5 L’ion Ag+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de
La transformation observée révèle la formation d’ions Cu2+, de couleur bleue et le dépôt d’une couche brillante d’argent Ag. Quelle est la réaction chimique qui peut a priori la modéliser ? Ag+(aq) Cu(s)  Ag(s) Cu 2+(aq) dont l’ajustement des nombres stœchiométriques pour satisfaire à la conservation des charges (en plus de celle des atomes) donne : 2 Ag+(aq) Cu(s)  2 Ag(s) Cu2+(aq) Au cours de la transformation, les atomes Cu ont perdu des électrons alors que les ions Ag+ en ont gagné. L’ion Ag+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de fixer un électron. L’atome Cu est ici qualifié de réducteur, car il est capable de céder des électrons.

6 Qu’est ce qu’un couple oxydant/réducteur ?
Un couple oxydant/réducteur est l’ensemble d’une espèce oxydante (par exemple Cu2+) et de l’espèce réductrice (Cu) qui lui est associée par l’équation formelle : Cu2+(aq) + 2 e- = Cu(s) On note le couple oxydant/réducteur sous la forme Cu2+/Cu Citer les couples oxydant/réducteur rencontrés au cours des situations expérimentales : Cu2+/Cu ; Ag+/Ag ; Zn2+/Zn

7 Qu’est ce qu’une réaction d’oxydo-réduction :
Elle résulte de l’action de l’oxydant d’un couple sur le réducteur d’un autre couple : Cu2+(aq) Zn(s)  Cu(s) Zn2+(aq) 2 Ag+(aq) Cu(s )  Ag(s) Cu2+(aq)

8 Fe3+(aq) , 3Cl-(aq) (0,05 mol/L)
Comment déterminer le caractère oxydant ou réducteur d’une espèce inconnue ? Fe3+(aq) , 3Cl-(aq) (0,05 mol/L) Troisième situation expérimentale : Kaq+ , Iaq- (0,1 mol/L) ? chauffer Quels sont les réactifs ? les ions K+ et Cl- sont des espèces spectatrices. L’ion I- est donc l’un des réactifs, Fe3+ étant l’autre : I- est-il l’oxydant ou le réducteur ? Fe3+ est-il l’oxydant ou le réducteur ?

9 Agiter Décanter ? C6H12 Na+(aq) , HO-(aq) I2
L’extraction liquide-liquide par le cyclohexane montre la formation de diiode I2 L’action des ions HO- de la soude montre la formation des ions Fe2+ Écrire l’équation de la réaction traduisant la transformation étudiée : 2 Fe3+(aq) I-(aq)  I2(aq) Fe2+(aq)

10 L’ion Fe3+ se comporte ici comme un oxydant alors que l’ion iodure I- se comporte comme un réducteur. Nous avons mis en œuvre deux nouveaux couples : I2/I- et Fe3+/Fe2+. Remarquons que l’ion Fe2+ peut être réducteur, dans le couple Fe3+/Fe2+, ou oxydant, dans le couple Fe2+/Fe. Des couples beaucoup plus complexes existent, dont les formes oxydées et réduites n’apparaissent pas au premier abord comme liées par un échange d’électrons. Citons, par exemple, le couple MnO4-/Mn2+

11 Comment modéliser une transformation d’oxydoréduction?
Une réaction d’oxydoréduction met en jeu deux couples rédox. Elle consiste en un transfert d’un ou plusieurs électrons du réducteur d’un des couples à l’oxydant de l’autre couple. Comme tous les électrons cédés par le réducteur du premier couple sont captés par l’oxydant du deuxième, aucun électrons apparaît dans l’équation de la réaction et on écrira : réducteur 1 = oxydant 1 + n1e- × n2 oxydant 2 + n2e- = réducteur 2 × n1 n2 réd1 + n1 ox2 = n2 ox1 + n1réd2

12 20 mL K+(aq) , MnO4-(aq) (0,05 mol/L) acidifié
A vous de jouer ! 20 mL K+(aq) , MnO4-(aq) (0,05 mol/L) acidifié Quatrième situation expérimentale : Sel de Mohr (0,1 mol/L) ? En identifiant les produits de la réaction, déterminer qui est l’oxydant et le réducteur et en déduire l’équation de la réaction concernée

13 La solution d’ions MnO4- étant violette alors que les ions Mn2+ sont incolores.
Fe 2+ = Fe 3+ + e- ×5 MnO4-(aq) H+(aq) e- = Mn2+(aq) H2O × 1 5 Fe 2+ + MnO4-(aq) + 8H+(aq) → 5 Fe 3+ + Mn2+(aq) + 4 H2O