physique-chimie (terminale) · Chapitre 5 · Exercice de TD

Problème — Étude complète de la pile cuivre-argent

Évolution spontanée, piles et électrolyse · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Problème — Étude complète de la pile cuivre-argent.

On construit une pile avec une lame de cuivre plongeant dans une solution de $Cu X^{2 +}$ et une lame d'argent plongeant dans une solution de $Ag X^{+}$ , reliées par un pont salin. La réaction spontanée est :

$Cu + 2 Ag X^{+} Cu X^{2 +} + 2 Ag, K = 2, 0 \times 1 0^{15} .$

Initialement $[Cu X^{2 +}] = 0, 10 mol \cdot L^{- 1}$ et $[Ag X^{+}] = 0, 10 mol \cdot L^{- 1}$ . Vérifier le sens d'évolution.
Déterminer la polarité de la pile et le sens du courant.
La pile débite $I = 20 mA$ pendant $Δ t = 8, 0 h$ . Calculer la masse d'argent déposée. Données : $M (Ag) = 108 g \cdot mo l^{- 1}$ , $F = 96500 C \cdot mo l^{- 1}$ .

Corrigé de la question 1

1. Le quotient de réaction s'écrit $Q_{r} = \frac{[ Cu X ^{2 +} ]}{[ Ag X ^{+} ] ^{2}}$ (cuivre et argent solides exclus). Initialement :

$Q_{r, i} = \frac{0 , 10}{( 0 , 10 ) ^{2}} = 10.$

On a $Q_{r, i} = 10 ≪ K = 2, 0 \times 1 0^{15}$ , donc le système évolue dans le sens direct : c'est bien le sens écrit, le cuivre est oxydé et l'argent se dépose.

Question 2 : comment l'IA t'aide

2. Déterminer la polarité de la pile et le sens du courant.

Élève

Pour la polarité, je dirais que l'électrode de cuivre est le pôle positif, puisque c'est là que le métal se transforme en ions.

Attention : à une électrode, c'est l'électrode qui cède des électrons au circuit qui est le pôle négatif. D'après la question 1, quelle espèce est oxydée, et que produit cette oxydation comme particules libérées ?

Élève

Le cuivre est oxydé : $Cu Cu X^{2 +} + 2 e X^{-}$ . Il libère donc des électrons dans le circuit.

Bien. Une électrode qui libère des électrons vers le circuit extérieur, est-ce un pôle qui attire ou qui repousse les électrons ? Et donc quel signe lui attribue-t-on ?

L'IA ne donne pas la réponse : elle pose la question qui fait avancer. À toi de continuer.

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Reprends la question 2 là où le dialogue s'arrête, puis la suite de l'exercice.

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