PTSI Schuman 2017 TD Diagrammes E-pH Juin 2018

1 Diagramme E-pH de l’étain

Le diagramme potentiel-pH de l’étain, représenté ci-dessous de façon simplifiée, a été établi à25° en prenant en compte uniquement les espèces suivantes : Sn(s), SnO2(s), HSnO

−2 (aq), SnO 2−

3 (aq),Sn2+

(aq) et Sn4+(aq). Le tracé a été réalisé en considérant que la somme des concentrations en espèces

dissoutes est égale à c0 = 10−3 mol.L−1, et qu’à la frontière, il y a égalité entre deux espècesdissoutes.

1. Attribuer à chaque espèces de l’étain son domaine de stabilité, numéroté de 1 à 6.

2. Déduire du diagramme la valeur de potentiel d’oxydo-réduction standard du couple Sn4+/Sn2+

et déterminer la pente de la droite AB.

3. Retrouver par le calcul la valeur du pH au point B. Qu’observe-t-on en ce point ? Écrirel’équation de la réaction correspondante.

4. Montrer que le couple SnO2/SnO2−

3 est un couple acide/base et déduire du diagramme lavaleur de sa constante d’acidité Ka, exprimée pour un proton échangé. Donner la valeur depKa.

Données : E0(Sn2+/Sn) = −0, 14 V ; E0(SnO2/Sn2+) = 0, 14 V.

2 Diagramme E-pH du Zinc

On souhaite construire le diagramme E-pH du zinc en tenant compte des formes les pluscourantes : Zn(s), Zn2+, Zn(OH)2(s) et le complexe Zn(OH) −

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On donne— E0(Zn2+/Zn) = −0, 76 V— Produit de solubilité de Zn(OH)2 : pKs = 17, 0

— Constante de formation du complexe Zn(OH) 2–4 par la réaction Zn2++4HO− = Zn(OH) 2−

4 :β = 1015,5

La concentration de travail est fixée à c0 = 10−2 mol/L.

1. Établir le diagramme de situation du zinc.

2. Calculer le pH limite d’apparition du précipité.

3. Écrire l’équation de dissolution de précipité en complexe et calculer sa constante de réaction.En déduire le pH limite de disparition du précipité.

4. Établir les équations des frontières horizontales du diagramme et le tracer.

5. Le zinc est-il stable dans l’eau ?

3 Acide chlorhydrique et eau de Javel

On dit souvent qu’il ne faut pas mélanger les produits ménager, c’est en particulier le casde l’eau de Javel avec tout produit à base d’acide. Essayons de comprendre pourquoi. Le gazdichlore est un gaz toxique, irritant, pouvant entraîner des problèmes pulmonaires graves en casd’inhalation. Une solution aqueuse de dichlore Cl2(aq) peut libérer du dichlore Cl2(q) gazeux.

L’eau de Javel est une solution aqueuse comportant du chlorure de sodium (Na+,Cl– ) et del’hypochlorite de sodium (Na+,ClO– ) en quantité équimolaire. Le diagramme potentiel-pH simplifiéde l’élément chlore est représenté ci-dessous pour les espèces chimiques HClO(aq), ClO−

(aq), Cl2(aq)et Cl−(aq) et pour une concentration de travail c0 = 0, 1 mol/L.

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1. Indiquer les espèces chimiques auxquelles correspondent les domaines notés A, B, C et D.

2. A l’aide du diagramme potentiel-pH, retrouver la valeur du pKa du couple acido-basiqueHClO/ClO– et tracer le diagramme de prédominance de ce couple. Quelle est l’espèceprédominance en milieu acide ?

3. En utilisant le diagramme E-pH, prévoir l’évolution d’un mélange contenant les espèces Aet C lors du passage en milieu très acide (pH < 2, 3).

4. En s’aidant des deux demi-équations électroniques relatives aux couples A/B et B/C, écrirel’équation de la réaction entre les espèces A et C en milieu très acide. Comment appelle-t-oncette réaction ? Calculer sa constante d’équilibre.

5. Conclure quant à la consigne de sécurité figurant sur les flacons d’eau de Javel de ne pasmélanger à de l’acide.

Données : E01(HClO

−/Cl2) = 1, 60 V, E02(Cl2/Cl

−) = 1, 39 V

4 Diagramme E-pH du plomb

On donne, à 298 K les potentiels standards suivants : E0(Pb2+/Pb) = −0, 13V ; E0(O2/H2O) =

1, 23 V ; E0(H+/H2) = 0, 00 V.Le diagramme potentiel-pH simplifié du plomb est représenté ci-dessous, pour la concentration

de tracé c0 = 1, 0 mol/L.

1. Indiquer sur ce diagramme les domaines de prédominance ou d’existence des espèces Pb2+(aq),

Pb(s) ; PbO(s) ; PbO2(s) ; Pb3O4(s)

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2. Déterminer le potentiel standard du couple PbO2/Pb2+ par lecture du diagramme potentiel-

pH. Donner l’équation numérique de la frontière entre les espèces PbO2 et Pb2+.

3. Tracer sur le même graphe le diagramme potentiel-pH de l’eau en prenant une pression detravail p0 = 1 bar.

4. Que peut-on dire de la stabilité du plomb en solution aqueuse ? Discuter en fonction du pHde la solution.

5. Quelle réaction se produit entre le plomb et le dioxyde de plomb en milieu acide ? Commentappelle-t-on une telle réaction ?

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