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Page 1.

 

Calculs E°, E, Q, K, Concentration

 


 Calculs potentiel standard, conentrations

Sélectionner l’affirmation exacte :

 

1. Les réactions d’oxydoréduction font intervenir 1 couple redox

2. Une constante d’équilibre K ne peut pas se calculer à partir des potentiels standard des couples concernés

3. Les conditions standard redox impliquent que les concentrations de tous les ions actifs de la réaction soient à 1 mole/litre

 

L’affirmation 3 est exacte.

 

Affirmation 1

Non.

Les réactions d’oxydoréduction font intervenir 2 couples redox.

Première étape des calculs : trouver et équilibrer les ½ équations

(Couple concerné, trouver E°, nombre d’électrons échangés, …)

 

Affirmation 2

Si.

Voir pages suivantes.

 

Affirmation 3

Oui.

E°, potentiel redox standard :

- mesuré avec une électrode ENH, Electrode normale à l’hydrogène,

(Ou ESH, électrode standard à l’hydrogène)

- les concentrations de tous les ions actifs de la réaction sont à 1 mole/litre.

- Température = 25°C,

- P : 1 atm, pH=0.

 

 

 

Chapitres connexes

 

- équilibrer une ½ réaction par la méthode directe ou par la méthode des nombres d’oxydation.

- Pile redox

- Potentiel standard E°

- Règle du gamma

 

 

 

 

 


Page 2.

 

Nernst. Conditions non standard

 


Nernst conditions non standard

Sélectionner les deux affirmations exactes :

 

1. [A]. E° valides même si les ions réactifs ne sont pas tous en concentration 1 mole/litre

2. Les coefficients stoechiométriques n’interviennent pas dans l’équation de Nernst

3. Formule de Nernst : peut s’exprimer en ln, logarithme népérien, ou en log, logarithme décimal

4. La formule de Nernst ne concerne que les ½ équations d’oxydoréduction, pas l’équation redox bilan

5- [B]. La fem d’oxydoréduction diminue à mesure que se forme le réducteur (E = E° - …)

 

Les affirmations 3 et 5 sont exactes.

 

Affirmation 1

Non.

Pour déterminer le potentiel redox, tous les ions participant à la réaction d’oxydoréduction doivent être à 1 mole/litre.

Si tel n’est pas le cas, la formule de Nernst permet de calculer le potentiel redox E à partir du potentiel standard E° et des concentrations.

 

Affirmation 3

Oui.

La formule de Nernst,  issue de l’enthalpie libre d’un système, peut s’exprimer en :

- log, logarithme décimal,

E = E° + 0,059/n log …

- ln, logarithme népérien,

E = E° + 0,0256/n ln …

Les constantes approchées ne sont pas les mêmes suivant le logarithme choisi.

 

Affirmation 4

Si.

La formule de Nernst concerne les ½ équations et l’équation bilan d’oxydoréduction (Voir pages suivantes)

 

Les équations de Nernst exprimées en log décimal, pour une ½ redox et pour une équation bilan, sont à retenir par cœur.

 

Affirmation 5

Oui.

[B]. La fem d’oxydoréduction diminue à mesure que se forme le réducteur

Rappel :

Un réducteur s’oxyde en perdant des électrons.

[Réducteur] augmente = moins d’électrons disponibles = moins de force électromotrice.

 

 

 

Paramètres de la formule de Nernst

 

E : Potentiel redox en Volt

E° : Potentiel redox standard en Volt

R : constante des gaz parfaits (8,3145 J. mol-1. k-1)

T : température en Kelvin

F : Constante de Faraday (96 485 C. mol-1)

N: nombre d’électrons échangés

 

 

 

 


Page 3.

 

Nernst. Valeurs des paramètres

 


Nernst valeurs paramètres

Sélectionner l’affirmation exacte :

 

1- [A]. [Réducteur] / [Oxydant]

2- La concentration des solides et l’eau (H2O), interviennent dans la formule de Nernst

3- Si des ions H+ interviennent dans une ½ équation le potentiel E dépend du pH

4- [B]. Concentration oxonium au carré

 

L’affirmation 3 est exacte.

 

Affirmation 1

Non.

[A]. « E° + … » = [Oxydant] / [Réducteur]

 

Affirmation 2

Non.

Les solides et l’eau (H2O), n’interviennent pas dans la formule de Nernst

(Concentration = 1)

Pour un gaz, la pression intervient.

Elle est à mentionner en atm ou en bar. 1 bar = 105 Pa.

 

Affirmation 4

Non.

[A]. Concentration oxonium puissance du coefficient stoechométrique.

[H3O+]3

 

 

 

 

 


Page 4.

 

Potentiel E° d’une équation bilan

 


Potentiel standard équation bilan

Sélectionner les deux affirmations exactes :

 

1. [A].  E° de la réaction d’oxydoréduction bilan = - 0,1 Volt

2. [B].  E° de la réaction d’oxydoréduction = + 0,67 Volt

3. [C].  S2O3 est l’oxydant du couple

4. [C].  Le nombre d’oxydation de l’atome de soufre ne varie pas dans la ½ réaction du couple redox présenté

5. [D].  Fe2+ est le réducteur. Ag2+ est l’oxydant

 

Les affirmations 2 et 5 sont exactes.

 

Affirmation 1

Non.

[A]. E° de la réaction d’oxydoréduction = + 0,78 Volt

 

f.e.m positive : la réaction d’oxydoréduction est spontanée.

Voir Pile redox

 

Affirmation 2

Oui.

[A]. E° de la réaction d’oxydoréduction = + 0,78 Volt

Comme pour le premier exemple, l’inversion, pour cause d’annulation des électrons échangés, entraîne l’inversion du signe de tension.

 

Affirmation 3

Non.

Par convention, le premier mentionné dans un couple redox est l’oxydant du couple.

 

Affirmation 4

Si.

[C].

Dans un couple redox, un des atomes au moins a son nombre d’oxydation qui varie lors de l’oxydoréduction.

Dans le couple présenté, l’atome de soufre a un n.o. qui varie :

- S4O62- : n.o = 10/4

(Valeur moyenne qui traduit que les atomes de soufre n’ont pas tous le même n.o.)

- S2O32- : n.o = 2

Dans le couple S4O62- / S2O32-

Le premier élément S4O62- est l’oxydant :

- Par convention mentionné en premier,

- a une charge positive (manque d’électrons) supérieure au second.

Voir Nombre d’oxydation

 

Affirmation 5

Oui.

[D].

Couple1 oxydant/réducteur, Ag+/Ag

Couple2 oxydant/réducteur, Fe3+/Fe2+

Dans un couple redox, par convention, l’oxydant est mentionné à gauche.

Dans l’équation bilan :

Ag+ est l’oxydant.

Fe2+ est le réducteur.

L’oxydant le plus fort réagit avec le réducteur le plus fort.

Le gamma, sens direct, montre que l’oxydoréduction telle qu’écrite est favorable.

 

 

Conseils

- écrire les ½ équations dans l’ordre d’importance de leur potentiel redox

(Exemple 3 : ½ équation Ag en premier)

- Pour annuler le e-, la ½ équation 2 doit être inversée = inversion de sa valeur E2° dans E1° -(-E2°)

- faire le diagramme du gamma.

 

 

 

 


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Calculs Potentiel E.  ½ équations

 


 Calcul Potentiel redox 1/2 équation

Sélectionner l’affirmation exacte :

 

1- [A].  Log (og ([Oxydant]/[Réducteur]) => (E = E° - log … )

2- [B].  Log (2/0,5)

3- [C].  On peut déduire : potentiel standard E° du couple = 0,77 Volt, n=1 électron échangé (0,06/1) et que Log ([Red]/[Ox]), signe «-» de l’équation

4- E = 0,71 V

 

L’affirmation 3 est exacte.

 

Affirmation 1

Non.

[A]. à se rappeler par cœur :

Log [Oxydant]/[Réducteur] => E+E° + log …

 

Affirmation 2

Non.

[B]. Log (5 / [0,5]2)

- mentionner les pressions pour les gaz,

- ne pas oublier les coefficients stoechiométriques.

 

Affirmation 3

Oui.

[C]. Couple Fe3+/Fe2+

La forme oxydée est Fe3+

La forme réduite est Fe2+

Rappels :

Une oxydation est une perte d’électrons.
Un réducteur s’oxyde
.

 

 

 

 

 

 

Page 6.

 

Potentiel E d’oxydoréduction

 


Potentiel E oxydoréduction

Sélectionner l’affirmation exacte :

 

1- Pas de variation d’enthalpie libre pour les oxydoréductions

2- [A]. E = (E1°- E2°) – … log Q

3- À l’équilibre chimique, les couples redox d’oxydoréduction d’une solution aqueuse ont des potentiels différents

4- Il faut les concentrations pour trouver la constante d’équilibre d’une oxydoréduction

 

L’affirmation 2 est exacte.

 

Affirmation 1

Si.

Il y a variation d’ enthalpie libre, variation d’énergie, lors d’une oxydoréduction :

ΔG° = - nFE°
F : constante de Faraday = 96 500 Coulomb
(Charge d’une mole d’électrons)
n: nombre d’électrons échangés dans les ½ équations. 

 

Affirmation 3

Non.

A l’équilibre chimique, tous les couples redox présents dans la solution ont le même potentiel.

 

Affirmation 4

Non.

Les potentiels standard des 2 couples redox et n, nombre d’électrons échangés dans l’écriture des équations, suffisent à trouver la constante d’équilibre.

Note :

On peut aussi trouver la constante d’équilibre connaissant les concentrations.

Voir loi d’action des masses.

 

 

 

 


Page 7.

 

Calculs E.  Équation bilan

 


Calcul E équation bilan

Sélectionner l’affirmation exacte :

 

1- [A]. Les quantités de Cu et de fer (état solide) sont à connaître pour pouvoir calculer le potentiel redox

2- Le nombre d’électrons échangés n lors de la réaction d’oxydoréduction n’est pas utile pour pouvoir calculer E avec la formule de Nernst

3- [B]. Log [0,1]/[0,3]

4- Concentrations relatives oxydant1/oxydant2 en faveur de l’oxydant1 : la réaction vers la droite sera défavorisée (et le potentiel E inférieur à E°)

 

L’affirmation 3 est exacte.

 

Affirmation 1

Non.

[A]. Les quantités de Cu et de fer (état solide) n’interviennent pas dans la formule de Nernst.

Note :

- Dans cet exemple d’équation bilan, l’expression du Log est très simple :

Log ([Fe2+]/[Cu2+])

- le signe « - … » implique : Log ([Produit]/[Réactif])

 

Affirmation 2

Si.

Nombre d’électrons échangés lors de la réaction = n

0,0059/n

 

Affirmation 4

Non.

 

La réaction telle qu’exprimée reste dans le sens gamma direct : thermodynamiquement favorisée.

Relativement plus d’oxydant1 que d’oxydant2 (0,3 mole/Litre pour 0,1 mole/litre) : d’après le principe de Le Chapelier, la réaction tendra produire plus de celui-ci; le potentiel E supérieur à E°.

 

 

 

 


Page 8.

 

K équilibre. Potentiel. Enthalpie G

 


 K équilibre Redox enthalpie G

Sélectionner l’affirmation exacte :

 

1- [A]. Nombre d’électrons échangés : n=4

2- [A]. E1° > E2°, le meilleur oxydant réagit avec le meilleur réducteur : (E1° - E2°) > 0 = réaction spontanée

3- Les concentrations sont indispensables pour calculer la constante d’équilibre d’une oxydoréduction

4- L’enthalpie libre peut se calculer à partir du potentiel redox mais pas à partir de la constante d’équilibre

 

L’affirmation 2 est exacte.

 

Affirmation 1

Non.

[A]. Nombre d’électrons échangés : n=2

(Récrire les ½ équations pour vérifier)

 

Affirmation 2

Oui.

[A]. E1° > E2° : Le meilleur oxydant réagit avec le meilleur réducteur & K est très importante : réaction spontanée.
Si nécessaire à la compréhension, porter les 2 couples, avec leur E°, sur un  Gamma.

 

Affirmation 3

Non.

Les potentiels standard des 2 couples redox et n, nombre d’électrons échangés dans l’écriture des équations, suffisent à trouver la constante d’équilibre.

Note :

On peut aussi déterminer la constante d’équilibre à partir des concentrations.

Voir loi d’action des masses.

 

Affirmation 4

Si.

L’enthalpie libre peut se calculer :

- à partir du potentiel d’oxydoréduction : -n (E1°-E1°) F

- à partir de la constante d’équilibre : - RT ln K°

Voir figure exemple 2.

 

 

 

 

 


Page 9.

 

K concentrations. K potentiels

 


 K concentrations K potentiels redox

Sélectionner les deux affirmations exactes :

 

1- [A]. Le réducteur cède 2 électrons à l’oxydant (D’après le calcul de la variation de n.o)

2- [B]. Pour éliminer les électrons : multiplier la première ½ équation par 2 et par 5 la deuxième ½ équation

3- [C]. Q= [Réactifs] / [Produits]

4- La constante d’équilibre K° est proportionnelle à la différence des potentiels standard E° des couples

5- La constante d’équilibre K° varie en fonction des concentrations lors de l’oxydoréduction

 

Les affirmations 2 et 4 sont exactes.

 

Affirmation 1

Non.

[A]. D’après le calcul de la variation de n.o, le réducteur cède 5 électrons à l’oxydant :

n.o. de l’atome Mn dans l’oxydant :

(n.o. Mn) + 4x-2 = -1

n.o. Mn = + 7

n.o. de l’atome Mn dans le réducteur :

n.o. Mn = + 2

Différence de 5 charges « + » entre l’oxydant et le réducteur :

Rajouter 5 e- à l’oxydant pour équilibrer, en charges, la réduction.

 

Affirmation 3

Non.

[C]. Q= [Produits] / [Réactifs]

Mnémotechnique :

En sens direct, le coefficient réactionnel augmente à mesure que l’oxydoréduction produit … des produits.

 

Affirmation 5

Non.

La constante d’équilibre K° est une constante et donc ne varie pas.

Le coefficient de réaction Q varie en fonction des concentrations, pour atteindre l’équilibre K, lors de l’oxydoréduction.