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Transformation spontanée et forcée
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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
90 minutes

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Transformation spontanée et forcée




Si un oxydant et un réducteur réagissent lorsqu’ils sont mis en contact, on parle de transformation spontanée. Dans le sens inverse, la transformation n’est pas spontanée : elle doit être forcée.

➜ Comment inverser le sens d’évolution d’un système oxydant‑réducteur ?


Objectifs

  • Modéliser et schématiser les transferts d’électrons aux électrodes.
  • Identifier les produits lors d’une électrolyse.


Doc. 1
Schéma de l’électrolyse

Schéma de l’électrolyse

Doc. 2
Matériel nécessaire

  • Tubes à essai
  • Poudre de zinc Zn(s)\text{Zn(s)}
  • Solution de sulfate de zinc à [Zn2+]=1,0×102[\text{Zn}^{2+}] = 1{,}0 \times 10^{-2} mol·L-1
  • Solution d’eau iodée [I2]=1,0×103[\text{I}_2] = 1{,}0 \times 10^{-3} mol·L-1
  • Solution d’iodure de potassium [I]=1,0×102[\text{I}^-] = 1{,}0 \times 10^{-2} mol·L-1
  • Flacon test caractéristique de soude
  • Tube en U, électrodes de graphite, générateur, fils de connexion
  • Solution d’iodure de zinc de concentration c=0,25c = 0{,}25 mol·L-1

Doc. 3
Aspect visuel des espèces chimiques

Espèce chimique Aspect
Zn2+(aq)\text{Zn}^{2+}(\text{aq}) Incolore
Zn(s)\text{Zn(s)} Métal gris
I2(aq)\text{I}_2(\text{aq}) Jaune
I(aq)\text{I}^-(\text{aq}) Incolore

Données

  • Couples d'oxydoréduction : Zn2+(aq)/Zn(s)\text{Zn}^{2+}(\text{aq})/\text{Zn(s)} et I2(aq)/I(aq)\text{I}_2(\text{aq}) /\text{I}^-(\text{aq})
  • Test de reconnaissance des ions Zn2+(aq)\text{Zn}^{2+}(\text{aq}) : précipité blanc en présence de soude (Na+(aq);HO(aq))(\text{Na}^+(\text{aq}) ; \text{HO}^-(\text{aq}))
  • Constante d’équilibre de la réaction spontanée entre les deux couples d'oxydoréduction : K1=6×1046K_1 = 6 \times 10^{46}

Compétences

APP : Extraire l'information utile

RAI/MOD : Modéliser une transformation

COM : Rédiger un compte‑rendu scientifiquement rigoureux

REA : Mettre en œuvre un protocole

Questions

1. a. Déterminer expérimentalement le sens d’évolution spontanée entre les espèces des deux couples étudiés. Schématiser les expériences et les interpréter.
Couleurs
Formes
Dessinez ici



b. Écrire l’équation de la transformation spontanée observée.


c. Calculer le quotient de réaction à l’état initial Qr,iQ_{\text{r,i}} et montrer que le sens d’évolution trouvé correspond à celui prévisible théoriquement.


2. Réaliser le montage correspondant au doc. 1 et compléter le schéma en indiquant le déplacement des porteurs de charges (électrons et ions). Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l’image et utiliser notre outil de dessin.
Schéma de l’électrolyse


3. Interpréter les observations faites lors de l’électrolyse pour trouver les produits formés.


4. Écrire les demi‑équations modélisant les réactions électrochimiques aux électrodes et en déduire l’équation de la réaction globale. Commenter le sens de cette réaction.


5. Préciser le type de réaction électrochimique qui a lieu à l’anode.


6. Calculer la constante d’équilibre K2K_2 et Qr, iQ'_{\text{r, i}} et commenter son évolution.
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Synthèse de l'activité

Justifier l'emploi des termes « transformations chimiques forcées ».
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