Terminale Spécialité Physique/chimie : Liste des chapitres
Chap09 : Évolution spontanée d'un système chimique
Exercices
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9.E4 : Taux d’avancement avec une réaction d’oxydoréduction

Données : \(\ce{Ag+(aq) / Ag(s)}\) ; \(\ce{Cu^2+(aq) / Cu(s)}\) ; \(M(\ce{Cu}) = \pu{63,5 g*mol–1}\).

Un fil de cuivre \(\ce{Cu(s)}\) de masse \(m_{Cu}= \pu{5,0 g}\) est plongé dans une solution de volume \(V = \pu{100 mL}\) contenant des ions argent \(\ce{Ag+(aq)}\) telle que \([\ce{Ag+}] = \pu{0,075 mol*L–1}\). La solution se colore en bleu et un dépôt d’argent se forme sur le cuivre. L’absorbance, à \(λ = \pu{500 nm}\), de la solution obtenue est égale à \(\pu{0,47}\).

1 Écrire l’équation de la réaction.

2 À l’aide du taux d’avancement, conclure quant au caractère total ou non de la transformation.

Afficher la correction

1

Demi-équation : \(\left(~~\ce{Cu^2+ + 2 e- = {\color{red} Cu} }~~\right)~~×1\)

Demi-équation : \(\left(~~\ce{{\color{red} Ag^+} + e- = Ag}~~\right)~~×2\)

Équation : \(\ce{Cu(s) + 2 Ag+(aq) <--> Cu^2+(aq) + 2 Ag}\)

2

Tableau d'avancement

 

Détermination de l’avancement maximal :

• Détermination des quantités de matières initiales

\(\begin{align} n_0(\ce{Cu}) &= \dfrac{m(Cu)}{M(Cu)} \\ &= \dfrac{5,0}{63,5} \\ &= \pu{7,87E–2 mol} \end{align}\)

\(\begin{align} n_0(\ce{Ag+}) &= [\ce{Ag+}]·V_{sol~Ag^+} \\ &= 0,075 × 0,100 \\ &= \pu{7,5E–3 mol} \end{align}\)

• Détermination du réactif en défaut

Faisons l’hypothèse que \(\ce{Ag+}\) est en défaut. Alors \(n_{max}(\ce{Ag+}) = 0\). Soit \(x_{max} = n_0(\ce{Ag+})/2 = \pu{3,75E–3 mol}\).

Faisons l’hypothèse que \(\ce{Cu}\) est en défaut. Alors \(n_{max}(\ce{Cu}) = 0\). Soit \(x_{max} = n_0(\ce{Cu}) = \pu{3,93E–2 mol}\).

Conclusion : le réactif en défaut est \(\ce{Ag+}\) et \(x_{max} = \pu{3,75E–3 mol}\).

Détermination de l’avancement final

D’après les données, l’absorbance dans l’état finale est \(A_f = \pu{0,47}\).

Or, d’après le graphique, pour cette absorbance \([\ce{Cu^2+}]_f = \pu{0,037 mol*L–1}\).

Or, d’après le tableau d’avancement, \(x_f = n_f(\ce{Cu^2+}) = [\ce{Cu^2+}]_f·V_{final}\). Soit \(x_f = 0,037 × 0,100 = \pu{3,7E–3 mol}\).

Conclusion

On vient de voir que \(x_{max} = \pu{3,75E–3}\) mol et que \(x_f = \pu{3,7E–3 mol}\).

Compte tenu de la précision des mesure sur le graphique, on peut en déduire que \(x_f = x_{max}\).

Donc la réaction est totale