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Physique-Chimie 1re

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D
Proposition de protocole

REA : Mettre en œuvre un protocole

On souhaite connaître la position du couple Sn2+(aq)Sn(s)\dfrac{\text{Sn}^{2+}\,_{(aq)}}{\text{Sn}_{(s)}} dans la classification électrochimique.
On dispose d’une solution de chlorure d’étain II SnCl2(aq)\text{SnCl}_{2(aq)} et d’une lame d’étain, ainsi que des solutions de chlorure de fer II FeCl2(aq)\text{FeCl}_{2(aq)}, de chlorure de cuivre II CuCl2(aq)\text{CuCl}_{2(aq) }et de chlorure de zinc ZnCl2(aq)\text{ZnCl}_{2(aq)} ainsi que des lames de fer, de cuivre et de zinc.

1. Proposer un protocole permettant, sans aucune mesure, de placer le couple Sn2+(aq)Sn(s)\dfrac{\text{Sn}^{2+}\,_{(aq)}}{\text{Sn}_{(s)}} par rapport aux couples Fe2+(aq)Fe(s)\dfrac{\text{Fe}^{2+}\,_{(aq)}}{\text{Fe}_{(s)}}, Cu2+(aq)Cu(s)\dfrac{\text{Cu}^{2+}\,_{(aq)}}{\text{Cu}_{(s)}} et Zn2+(aq)Zn(s)\dfrac{\text{Zn}^{2+}\,_{(aq)}}{\text{Zn}_{(s)}}.


2. Proposer une expérience permettant de déterminer le potentiel électrochimique du couple Sn2+(aq)Sn(s)\dfrac{\text{Sn}^{2+}\,_{(aq)}}{\text{Sn}_{(s)}}.


3. Sachant que le potentiel du couple Sn2+(aq)Sn(s)\dfrac{\text{Sn}^{2+}\,_{(aq)}}{\text{Sn}_{(s)}} est égal à -0,13 V, quelle valeur mesurée vous permet de l’obtenir dans la question 2 ?


Données

  • Cu2+(aq)Cu(s):+0,34\dfrac{\text{Cu}^{2+}\,{(aq)}}{\text{Cu}_{(s)}} : + 0{,}34 V

  • Fe2+(aq)Fe(s):0,44\dfrac{\text{Fe}^{2+}\,{(aq)}}{\text{Fe}_{(s)}} : - 0{,}44 V

  • Zn2+(aq)Zn(s):0,76\dfrac{\text{Zn}^{2+}\,{(aq)}}{\text{Zn}_{(s)}} : - 0{,}76 V

Supplément numérique

Voyagez dans l'histoire des sciences pour découvrir plus d'objets de cette époque grâce à la frise chronologique interactive du British Museum.
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29
Nanoparticules d’or

RAI/ANA : Utiliser des observations/des mesures/des documents pour répondre à une problématique


Les propriétés optiques de certains matériaux peuvent changer quand la taille des particules est inférieure aux longueurs d’onde du spectre visible (nanoparticules) : l’or est un de ces matériaux. La technologie et l’emploi des nanoparticules se sont fortement développés depuis peu, mais leur fabrication était déjà connue sous l'Empire romain. Elle était notamment développée pour la coloration du verre. Une des méthodes de formation a été développée en 1951. C’est une réaction d’oxydoréduction entre l’acide tétrachloroaurique (H+(aq);Au3+(aq)\left(\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})\:;\:\mathrm{Au}^{3+}(\mathrm{aq})\right. ; 4Cl(aq))4 \mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) ) et une solution aqueuse de citrate de sodium (3Na+(aq);C6H5O73(aq))\left(3 \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})\:;\:\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{O}_{7}^{3-}(\mathrm{aq})\right) à la température d’ébullition de l’eau.

1. Quel montage faut-il réaliser pour éviter de perdre l’eau qui va se vaporiser lors de l’ébullition ?


2. Déterminer la réaction qui a lieu.


3. Le mélange obtenu a un pic d’absorbance à la longueur d’onde λ=\lambda = 600 nm. Quelle couleur perçoit-on en l’observant (on peut s’aider du cercle chromatique sur le rabat de fin).


Données

  • Couples : C5H4O52(aq)/C6H5O73(aq)\mathrm{C}_{5} \mathrm{H}_{4} \mathrm{O}_{5}^{2-}(\mathrm{aq}) / \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{O}_{7}^{3-}(\mathrm{aq}) ;
  • Demi-équation redox :
    C6H5O73(aq)= \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{O}_{7}^{3-}(\mathrm{aq}) = C5H4O52(aq)+H+(aq)+CO2(g)+2e ;\mathrm{C}_{5} \mathrm{H}_{4} \mathrm{O}_{5}^{2-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{C} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})+2\:\mathrm{e}^{-}~;
  • L’ion citrate est oxydé en ion 1,3-acétonedicarboxylate, en éliminant du CO2\text{CO}_{2}.

Méthode pour équilibrer des réactions

Pour équilibrer des demi-équations redox en milieu basique, il faut faire intervenir l’ion HO(aq)\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}) du côté du réducteur et la molécule d’eau H2O(l)\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) du côté de l’oxydant.
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Réflexion d’un(e) scientifique

APP : Extraire l’information utile sur supports variés

1. Après la lecture du texte « Une expérience historique », que pensez-vous de l’hypothèse de Galvani ? Quelle explication permettrait de le contredire ?


2. Cette expérience fut indirectement à l’origine d’une grande invention quelques années plus tard, par un contemporain de Galvani qui a tenté de réfuter son hypothèse.


Rechercher qui est ce scientifique et l’invention dont il est à l’origine.

3. Expliquer brièvement le principe de fonctionnement de cette invention.


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Piles électrochimiques

RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique/physique : écrire l’équation/l’ajuster

Georges Leclanché a été un des précurseurs des piles en proposant en 1868 une pile saline zinc/dioxyde de manganèse. De nombreux autres types de piles électrochimiques ont depuis été inventés, comme la pile alcaline. La différence entre la pile saline et la pile alcaline réside dans l’électrolyte (corps entre les électrodes). Ainsi, il peut exister des piles zinc Zn/\text{Zn}/dioxyde de manganèse MnO2\mathrm{MnO}_{2} salines et alcalines. Celles-ci mettent en jeu les couples ZnO(s)/Zn(s)\mathrm{ZnO}(\mathrm{s}) / \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) et MnO2(s)/Mn2O3(s)\mathrm{MnO}_{2}(\mathrm{s})/ \mathrm{Mn}_{2} \mathrm{O}_{3}(\mathrm{s}) en milieu basique.

1. Écrire les demi-équations des couples ZnO(s)/Zn(s)\mathrm{ZnO}(\mathrm{s}) / \mathrm{Zn}(\mathrm{s}) et MnO2(s)/Mn2O3(s)\mathrm{MnO}_{2}(\mathrm{s})/ \mathrm{Mn}_{2} \mathrm{O}_{3}(\mathrm{s}) .


2. En déduire l’équation de la réaction.

Une expérience historique

Portrait de Luigi Galvani

En 1781, Luigi Galvani, anatomiste et médecin italien, réalise des expériences pour comprendre l’influence de l’électricité sur les êtres vivants. Il utilise, comme ses contemporains, une bouteille de Leyde ou une machine électrostatique pour obtenir la contraction des muscles. Mais lorsqu’il suspend une grenouille par un crochet en cuivre sur des barreaux en fer, elle est immédiatement animée de soubresauts, comme si elle était encore en vie. Il émet alors l’hypothèse d’une électricité animale produite par les muscles et libérée par les métaux.

Coupe en or IVe siècle
Coupe en or - IVe siècle
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