chimie : thermodynamique et électrochimie (PC) · Chapitre 6 · Application directe du cours

Le zinc et l'acide, une transformation spontanée lente

Électrochimie : thermodynamique et cinétique des réactions redox · niveau 2

Énoncé

Une lame de zinc plonge dans une solution désaérée d'acide sulfurique à pH $0$ . Courbes données (densités de courant en $mA / c m^{2}$ , nulles en deçà du seuil, droites au-delà) : oxydation du zinc, $j_{a} = 50 (E + 0, 94)$ au-dessus de $- 0.94 V$ ; réduction de $H X^{+}$ sur zinc, $j_{c} = - 1 \times (- 0, 75 - E)$ au-dessous de $- 0.75 V$ ; sur cuivre, $j_{c} = - 10 \times (- 0, 25 - E)$ au-dessous de $- 0.25 V$ .

La réaction $Zn + 2 H X^{+} Zn X^{2 +} + H X_{2}$ est-elle favorisée ? Rapide ?
Calculer le potentiel mixte et la densité de courant du zinc seul.
On met le zinc au contact d'une lame de cuivre de même surface. Où se dégage le dihydrogène ? Calculer le nouveau potentiel mixte et la nouvelle vitesse.

Corrigé

$E^{\circ} (H X^{+} / H X_{2}) - E^{\circ} (Zn X^{2 +} / Zn) = 0.76 V$ : très favorisée. Mais la réduction de $H X^{+}$ sur le zinc ne commence qu'à $- 0.75 V$ et croît lentement : la transformation est lente.
$E_{m}$ vérifie $j_{a} = - j_{c}$ : $50 (E_{m} + 0, 94) = - 0, 75 - E_{m}$ , d'où $51 E_{m} = - 47, 75$ , $E_{m} = - 0.936 V$ et $j = 50 \times 0, 0037 = 0.19 mA / c m^{2}$ .
Le dihydrogène se dégage sur le cuivre, où sa réduction commence bien plus haut. La somme des courants des deux lames est nulle : $50 (E_{m} + 0, 94) = 10 (- 0, 25 - E_{m})$ (au-dessus de $- 0.75 V$ , le zinc ne porte plus de réduction), d'où $60 E_{m} = - 49, 5$ , $E_{m} = - 0.825 V$ et $j = 50 \times 0, 115 = 5.8 mA / c m^{2}$ : le zinc se dissout trente fois plus vite. Le potentiel mixte et la vitesse d'une transformation spontanée se lisent sur les courbes courant-potentiel, non sur les potentiels standard.

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