This chemistry question involves key chemical concepts and calculations. The detailed solution below walks through each step, from identifying the reaction type to computing the final answer.
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Voici la solution de l'exercice de chimie. Exercice 1: La pile Etain-plomb Données: Volume de chaque solution, V = 100 mL = 0.100 L Concentration initiale en ions étain, [Sn^2+]_i = 1.0 mol/L Concentration initiale en ions plomb, [Pb^2+]_i = 0.10 mol/L Masse molaire de l'étain, M(Sn) = 118.7 g/mol Masse molaire du plomb, M(Pb) = 207.2 g/mol Constante de Faraday, F = 9.65 × 10^4 C · mol^-1 Intensité du courant, I = 45 mA = 45 × 10^-3 A Durée de fonctionnement, t = 30 min = 1800 s 1- Déterminer la polarité, l'anode, la cathode et donner l'écriture conventionnelle de cette pile. Pour déterminer la polarité, l'anode et la cathode, nous comparons les potentiels standards d'électrode. E^(Sn^2+/Sn) = -0.14 V E^(Pb^2+/Pb) = -0.13 V Puisque E^(Pb^2+/Pb) > E^(Sn^2+/Sn), l'électrode de plomb est la cathode (réduction) et l'électrode d'étain est l'anode (oxydation). Anode: Électrode d'étain (Sn) Cathode: Électrode de plomb (Pb) Polarité: L'anode est le pôle négatif, la cathode est le pôle positif. L'écriture conventionnelle de la pile est: Sn(s) | Sn^2+(aq, 1.0 M) || Pb^2+(aq, 0.10 M) | Pb(s) 2- Ecrire les demi-équations redox au niveau de chaque électrode et déduire l'équation globale du fonctionnement de la pile. À l'anode (oxydation): Sn(s) Sn^2+(aq) + 2e^- À la cathode (réduction): Pb^2+(aq) + 2e^- Pb(s) Équation globale de la pile: Sn(s) + Pb^2+(aq) Sn^2+(aq) + Pb(s) 3- Calculer la quantité d'électricité Q fournit par la pile au bout d'une durée de t=30min. La quantité d'électricité Q est donnée par la formule Q = I × t. Q = 45 × 10^-3 A × 1800 s Q = 81 C Q = 81 C 4- Calculer m(Sn) et m(Pb) les variations des masses des deux électrodes. D'abord, calculons la quantité de matière d'électrons n_e qui a circulé: n_e = (Q)/(F) n_e = 81 C9.65 × 10^4 C · mol^-1 n_e ≈ 8.394 × 10^-4 mol D'après les demi-équations, 2 moles d'électrons sont échangées pour 1 mole de Sn ou 1 mole de Pb. La quantité de matière de Sn consommée et de Pb formée est n = (n_e)/(2). n = 8.394 × 10^-4 mol2 = 4.197 × 10^-4 mol Variation de masse de l'électrode d'étain ( m(Sn)): L'étain est consommé à l'anode, donc sa masse diminue. m(Sn) = -n × M(Sn) m(Sn) = -4.197 × 10^-4 mol × 118.7 g/mol m(Sn) ≈ -0.0498 g m(Sn) ≈ -0.0498 g Variation de masse de l'électrode de plomb ( m(Pb)): Le plomb est formé à la cathode, donc sa masse augmente. m(Pb) = n × M(Pb) m(Pb) = 4.197 × 10^-4 mol × 207.2 g/mol m(Pb) ≈ 0.0870 g m(Pb) ≈ 0.0870 g 5- Calculer les concentrations finales [Sn^2+]_f et [Pb^2+]_f après t=30min de fonctionnement. Quantités de matière initiales: n_i(Sn^2+) = [Sn^2+]_i × V = 1.0 mol/L × 0.100 L = 0.10 mol n_i(Pb^2+) = [Pb^2+]_i × V = 0.10 mol/L × 0.100 L = 0.010 mol Variations des quantités de matière: La quantité de matière de Sn^2+ formée est n(Sn^2+) = n = 4.197 × 10^-4 mol. La quantité de matière de Pb^2+ consommée est n(Pb^2+) = n = 4.197 × 10^-4 mol. Quantités de matière finales: n_f(Sn^2+) = n_i(Sn^2+) + n(Sn^2+) n_f(Sn^2+) = 0.10 mol + 4.197 × 10^-4 mol = 0.1004197 mol n_f(Pb^2+) = n_i(Pb^2+) - n(Pb^2+) n_f(Pb^2+) = 0.010 mol - 4.197 × 10^-4 mol = 0.0095803 mol Concentrations finales: [Sn^2+]_f = n_f(Sn^2+)V [Sn^2+]_f = 0.1004197 mol0.100 L ≈ 1.004 mol/L [Sn^2+]_f ≈ 1.004 mol/L [Pb^2+]_f = n_f(Pb^2+)V [Pb^2+]_f = 0.0095803 mol0.100 L ≈ 0.0958 mol/L [Pb^2+]_f ≈ 0.0958 mol/L That's 2 down. 3 left today — send the next one.