Exercices de Physique-Chimie : Piles et corrosion

On constitue une pile à partir de deux demi-piles : une lame de zinc $Zn(s)$ plongeant dans une solution de sulfate de zinc ($Zn^{2+}(aq) + SO_4^{2-}(aq)$) et une lame de cuivre $Cu(s)$ plongeant dans une solution de sulfate de cuivre ($Cu^{2+}(aq) + SO_4^{2-}(aq)$). Les deux solutions sont reliées par un pont salin. On observe que l'électrode de zinc se dégrade au cours du fonctionnement de la pile. Les couples mis en jeu sont $Zn^{2+}(aq)/Zn(s)$ et $Cu^{2+}(aq)/Cu(s)$. Écrire l'équation de la réaction de fonctionnement de la pile et identifier la borne positive.

Une pile Daniell est constituée d'une lame de zinc plongeant dans une solution de sulfate de zinc (Zn^{2+}_{(aq)} + SO_4^{2-}_{(aq)}) de concentration $C_1 = 0,10 \ mol \cdot L^{-1}$ et d'une lame de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre (Cu^{2+}_{(aq)} + SO_4^{2-}_{(aq)}) de concentration $C_2 = 0,10 \ mol \cdot L^{-1}$. La réaction spontanée qui se produit lorsque la pile débite est : $Zn_{(s)} + Cu^{2+}_{(aq)} \rightarrow Zn^{2+}_{(aq)} + Cu_{(s)}$. La constante d'équilibre associée à cette équation est $K = 1,9 \times 10^{37}$. Calculez le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$ et justifiez le sens spontané de la transformation.

On considère une pile Daniell constituée d'une électrode de zinc dans une solution de sulfate de zinc Zn^{2+}_{(aq)} + SO_4^{2-}_{(aq)} à la concentration $C_1 = 1,0 \times 10^{-1} mol \cdot L^{-1}$ et d'une électrode de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre Cu^{2+}_{(aq)} + SO_4^{2-}_{(aq)} à la concentration $C_2 = 1,0 \times 10^{-1} mol \cdot L^{-1}$. Les volumes des solutions sont identiques $V = 100 mL$. La pile débite un courant d'intensité constante $I = 50 mA$ pendant une durée $\Delta t = 2,0 h$. Données : Constante de Faraday $F = 96500 C \cdot mol^{-1}$, masse molaire $M(Zn) = 65,4 g \cdot mol^{-1}$. 1) Déterminer le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$. 2) Calculer la variation de masse de l'électrode de zinc après $2,0 h$. 3) Déterminer le quotient de réaction $Q_{r,f}$ à la fin de la décharge.