PTSI 2 Pour le mercredi 2 Avril 2014

DM12 Chimie des solutions

Exercice 1 : Solubilité de la sidérite

L'étude la solubilité de la sidérite FeCO 3 (s) dans l'eau joue un rôle important dans la composition des lacs ou des eaux souterraines. Les eaux naturelles riches en fer doivent être traitées pour la distribution d'eau potable. 1. Le produit de solubilité de la sidérite FeCO 3 (s) est Ks=10 -11 à 298 K. Que serait la solubilité de la sidérite dans l'eau en négligeant les propriétés acido-basiques des ions carbonate ? En fait, la réaction de l'eau sur les ions carbonates ne peut pas être négligée. 2. On s'intéresse maintenant à la dissolution du carbonate de fer dans une solution de pH fixé par une solution tampon ce qui est plus représentatif d'une eau naturelle. a) Etablir la relation entre solubilité s de la sidérite, la concentration en ions oxonium notée h, les constantes d'acidité K A1 et K A2 et le produit de solubilité de la sidérite. b) En supposant que [A] est négligeable devant [B] si [A]<[B], montrer que la courbe log(s)=f(pH) peut être assimilée à trois portions de droite. Donner l'équation numérique de chaque segment. c) Tracer l'allure de la courbe globale obtenue. Données à T =298 K : produit ionique de l'eau : pKe=14; pK A du couple CO 2 (aq)/HCO 3 : pK A1 =6,4; pK A du couple HCO 3 /CO 3 2 : pK A2 =10,3

Exercice 2 :

Après utilisation, les films photographiques (radiographies, ...) sont traitées pour récupérer l'argent qu'ils contiennent. Un traitement par des enzymes puis par de l'acide nitrique détruit la gélatine. En fin de traitement, on obtient une solution aqueuse de nitrate d'argent contenant Ag + à la concentration de 5.10

-3 mol.L

-1 . Pour récupérer l'argent sous forme métallique Ag, on fait réagir du fer à l'état métallique en excès qui peut s'oxyder en Fe 2+ . On suit l'avancement de cette réaction en mesurant le potentiel d'une électrode métallique d'argent plongée dans la solution. 1. Ecrire l'équation bilan de cette réaction. 2. Quel est le potentiel E 1 de l'électrode d'argent avant réaction, à 25 °C ? 3. Quelle est la valeur de la constante d'équilibre K° de la réaction ? Commenter. 4. Quel est le potentiel E 2 en fin de réaction ? Données : E°(Ag + /Ag)= 0,800 V , E°(Fe 2+ /Fe)= - 0, 440 V

RT

ln10



0, 059

V F

à 25°C

Exercice 3 :

Dans un bécher, on verse 50 cm 3 d'une solution de fer (II) à 0,10 mol.L

-1 et 50 cm 3 d'une solution de fer (III) à 0,10 mol.L

-1 dans H 2 SO 4 à 1 mol.L

-1 , puis on y plonge une électrode de platine.

Dans un autre bécher, on y verse 100 cm 3 de nitrate d'argent AgNO 3 à 0,10 mol.L

-1 , puis on y plonge une électrode d'argent. On relie les deux béchers par un pont salin au nitrate d'ammonium NH 4 NO 3 . On mesure alors la f.e.m, notée E, aux bornes de la pile ainsi constituée : E=70 mV. 1. Effectuer un schéma de la pile. 2. Quel est le rôle du pont salin ? Pourquoi ne peut-on pas utiliser un pont au bromure de potassium ? 3. Ecrire l'équation-bilan de la réaction qui a lieu dans la pile sachant que l'électrode d'argent est le pôle positif de la pile. 4. Exprimer la f.e.m de la pile. 5. Déterminer, dans les conditions de l'expérience, la valeur du potentiel standard du couple Fe 3+ /Fe 2+ en milieu sulfurique molaire . Données : On prendra E°(Ag + /Ag)=0,80 V.

RT

ln10



0, 06

V F

à 25°C