V-Diagramme potentiel - pH du Fer et de ses oxydes.

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1 V-Diagramme potentiel - pH du Fer et de ses oxydes.

2 Espèces à considérer. Fe (s) : fer métallique Fe 2+ :ion ferreux Fe 3+ :ion ferrique Fe(OH) 2 (s) :hydroxyde de Fer ( II ) Fe(OH) 3 (s) :hydroxyde de Fer ( III ) - rouille Données

3 Constantes thermodynamiques Potentiels standard d’oxydo-réduction: –Fe 3+ /Fe 2+ : E° 1 = 0,77 V –Fe 2+ /Fe : E° 2 = - 0,44 V Constantes de solubilité: –Fe(OH) 3 : pK s1 = 38,0 –Fe(OH) 2 : pK s2 = 15,1

4 Règles de tracé des frontières. Quand on étudie la frontière entre A et B, on néglige toutes les espèces autres que A et B. Si A et B sont des espèces dissoutes on écrit que sur la frontière: [A] = [B]. La somme des concentrations atomiques en fer des espèces dissoutes est égale à une constante arbitraire notée C tracé. [ Fe 2+ ] + [ Fe 3+ ] = C tracé Ici on choisit C tra = 0,01 mol.L -1. La somme des pressions partielles des espèces gazeuses est égale à une constante arbitraire notée p tracé.

5 1- Classer les espèces par nombre d’oxydation croissant. FeFe 2+ Fe 3+ Fe(OH) 2 Fe(OH) 3

6 1- Classer les espèces par nombre d’oxydation croissant. FeFe 2+ Fe 3+ Fe(OH) 2 Fe(OH) 3

7 2- Pour chaque degré d’oxydation, tracer le diagramme de prédominance des espèces. N.O. = +III Frontière entre Fe 3+ et Fe(OH) 3. N.O. = +II Frontière entre Fe 2+ et Fe(OH) 2. pH

8 2- Pour chaque degré d’oxydation, tracer le diagramme de prédominance des espèces. N.O. = +III Frontière entre Fe 3+ et Fe(OH) 3. Fe(OH) 3 = Fe 3+ + 3 OH - K s1 = [Fe 3+ ][OH - ] 3 N.O. = +II Frontière entre Fe 2+ et Fe(OH) 2. pH

9 2- Pour chaque degré d’oxydation, tracer le diagramme de prédominance des espèces. N.O. = +III Frontière entre Fe 3+ et Fe(OH) 3. Fe(OH) 3 = Fe 3+ + 3 OH - K s1 = [Fe 3+ ][OH - ] 3 or à la frontière [Fe 3+ ] + [Fe 2+ ] = C tracé et à la frontière considérée [Fe 2+ ] = 0 d ’où [OH - ] = ( K s1 / C tra ) 1/3 = 10 -12 mol.L -1 pH = 2 N.O. = +II Frontière entre Fe 2+ et Fe(OH) 2. pH 2 Fe 3+ Fe(OH) 3

10 2- Pour chaque degré d’oxydation, tracer le diagramme de prédominance des espèces. N.O. = +III Frontière entre Fe 3+ et Fe(OH) 3. Fe(OH) 3 = Fe 3+ + 3 OH - K s1 = [Fe 3+ ][OH - ] 3 or à la frontière [Fe 3+ ] + [Fe 2+ ] = C tracé et à la frontière considérée [Fe 2+ ] = 0 d ’où [OH - ] = ( K s1 / C tra ) 1/3 = 10 -12 mol.L -1 pH = 2 N.O. = +II Frontière entre Fe 2+ et Fe(OH) 2. pH 2 Fe 3+ Fe(OH) 3 7,45 Fe 2+ Fe(OH) 2

11 3 - Faire un tableau regroupant les différentes espèces. 2 7,45 pH

12 3 - Faire un tableau regroupant les différentes espèces. 2 7,45 pH

13 3 - Faire un tableau regroupant les différentes espèces. 2 7,45 pH

14 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe 3+ /Fe 2+ : E ( pH ) =

15 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe 3+ /Fe 2+ : Demi - équation RedOx: E = E° 1 + E ( pH ) =

16 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe 3+ /Fe 2+ : Demi - équation RedOx: Fe 3+ + e - = Fe 2+ E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ] ) E ( pH ) =

17 Règles de tracé des frontières. Quand on étudie la frontière entre A et B, on néglige toutes les espèces autres que A et B. Si A et B sont des espèces dissoutes on écrit que sur la frontière: [A] = [B]. La somme des concentrations atomiques en fer des espèces dissoutes est égale à une constante arbitraire notée C tracé. [ Fe 2+ ] + [ Fe 3+ ] = C tracé Ici on choisit C tra = 0,01 mol.L -1. La somme des pressions partielles des espèces gazeuses est égale à une constante arbitraire notée p tracé.

18 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe 3+ /Fe 2+ : Demi - équation RedOx: Fe 3+ + e - = Fe 2+ E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ] ) or à la frontière: [Fe 3+ ] = [Fe 2+ ] E ( pH ) = 0,77 V

19 Diagramme E - pH du Fer et de ses oxydes. C tra = 0,01 mol.L -1 -0,5 0 0,5 1 E ( V ) pH 0 2468 10 1214

20 Diagramme E - pH du Fer et de ses oxydes. C tra = 0,01 mol.L -1 -0,5 0 0,5 1 E ( V ) pH 0 2468 10 1214 Fe 3+ Fe 2+

21 3 - Faire un tableau regroupant les différentes espèces. 2 7,45 pH

22 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe 3+ /Fe 2+ : Demi - équation RedOx: Fe 3+ + e - = Fe 2+ E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ] ) or à la frontière: [Fe 3+ ] = [Fe 2+ ] E ( pH ) = 0,77 V Fe 2+ /Fe: E( pH ) =

23 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe 3+ /Fe 2+ : Demi - équation RedOx: Fe 3+ + e - = Fe 2+ E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ] ) or à la frontière: [Fe 3+ ] = [Fe 2+ ] E ( pH ) = 0,77 V Fe 2+ /Fe: E( pH ) = - 0,50 V

24 Diagramme E - pH du Fer et de ses oxydes. C tra = 0,01 mol.L -1 -0,5 0 0,5 1 E ( V ) pH 0 2468 10 1214 Fe 3+ Fe 2+ Fe

25 3 - Faire un tableau regroupant les différentes espèces. 2 7,45 pH

26 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe(OH) 3 /Fe 2+ : On ne connaît pas le potentiel standard de ce couple: écrire la formule de Nernst pour Fe 3+ /Fe 2+ et faire apparaître les espèces présentes à la frontière. E ( pH ) =

27 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe(OH) 3 /Fe 2+ : On ne connaît pas le potentiel standard de ce couple: écrire la formule de Nernst pour Fe 3+ /Fe 2+ et faire apparaître les espèces présentes à la frontière E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ]) et K s1 = [Fe 3+ ][OH - ] 3 = [Fe 3+ ]*(K e /[H + ]) 3 d ’où E = E° 1 +0,06log(K s1 /K e 3 )-0,18 pH-0,06log([Fe 2+ ]) E ( pH ) =

28 Règles de tracé des frontières. Quand on étudie la frontière entre A et B, on néglige toutes les espèces autres que A et B. Si A et B sont des espèces dissoutes on écrit que sur la frontière: [A] = [B]. La somme des concentrations atomiques en fer des espèces dissoutes est égale à une constante arbitraire notée C tracé. [ Fe 2+ ] + [ Fe 3+ ] = C tracé Ici on choisit C tra = 0,01 mol.L -1. La somme des pressions partielles des espèces gazeuses est égale à une constante arbitraire notée p tracé.

29 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe(OH) 3 /Fe 2+ : On ne connaît pas le potentiel standard de ce couple: écrire la formule de Nernst pour Fe 3+ /Fe 2+ et faire apparaître les espèces présentes à la frontière E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ]) et K s1 = [Fe 3+ ][OH - ] 3 = [Fe 3+ ]*(K e /[H + ]) 3 d ’où E = E° 1 +0,06log(K s1 /K e 3 )-0,18 pH-0,06log([Fe 2+ ]) D ’autre part à la frontière [Fe 2+ ] = C tracé E ( pH ) = 1,13 - 0,18 pH

30 Diagramme E - pH du Fer et de ses oxydes. C tra = 0,01 mol.L -1 -0,5 0 0,5 1 E ( V ) pH 0 2468 10 1214 Fe 3+ Fe 2+ Fe Fe(OH) 3

31 3 - Faire un tableau regroupant les différentes espèces. 2 7,45 pH

32 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe(OH) 3 /Fe 2+ : On ne connaît pas le potentiel standard de ce couple: écrire la formule de Nernst pour Fe 3+ /Fe 2+ et faire apparaître les espèces présentes à la frontière E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ]) et K s1 = [Fe 3+ ][OH - ] 3 = [Fe 3+ ]*(K e /[H + ]) 3 d ’où E = E° 1 +0,06log(K s1 /K e 3 )-0,18 pH-0,06log([Fe 2+ ]) D ’autre part à la frontière [Fe 2+ ] = C tracé E ( pH ) = 1,13 - 0,18 pH Fe(OH) 2 /Fe: E( pH ) =

33 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe(OH) 3 /Fe 2+ : On ne connaît pas le potentiel standard de ce couple: écrire la formule de Nernst pour Fe 3+ /Fe 2+ et faire apparaître les espèces présentes à la frontière E = E° 1 + 0,06 log ( [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ]) et K s1 = [Fe 3+ ][OH - ] 3 = [Fe 3+ ]*(K e /[H + ]) 3 d ’où E = E° 1 +0,06log(K s1 /K e 3 )-0,18 pH-0,06log([Fe 2+ ]) D ’autre part à la frontière [Fe 2+ ] = C tracé E ( pH ) = 1,13 - 0,18 pH Fe(OH) 2 /Fe: E( pH ) = -0,053 - 0,06 pH

34 Diagramme E - pH du Fer et de ses oxydes. C tra = 0,01 mol.L -1 -0,5 0 0,5 1 E ( V ) pH 0 2468 10 1214 Fe 3+ Fe 2+ Fe Fe(OH) 3 Fe(OH) 2

35 3 - Faire un tableau regroupant les différentes espèces. 2 7,45 pH

36 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe(OH) 3 /Fe(OH) 2 : E ( pH ) =

37 4 - Tracer chaque frontière E = f ( pH ) en écrivant la formule de Nernst pour le couple considéré. Fe(OH) 3 /Fe(OH) 2 : E ( pH ) = 0,24 - 0,06 pH

38 Diagramme E - pH du Fer et de ses oxydes. C tra = 0,01 mol.L -1 -0,5 0 0,5 1 E ( V ) pH 0 2468 10 1214 Fe 3+ Fe 2+ Fe Fe(OH) 3 Fe(OH) 2

39 Diagrammes E-pH du Fer et de l ’Eau C tra = 0,01 mol.L -1 p tra = 1 bar -0,5 0 0,5 1 E ( V ) pH 0 2468 10 1214 Fe 3+ Fe 2+ Fe Fe(OH) 3 Fe(OH) 2 H2OH2O H 2 O 2