CORRECTION

 

I) a)  Equation chimique de la réaction : Fe + 2 H+ → Fe2+ + H2

Il s’agit d’une équation d’oxydoréduction, la formation de l’ion Fe2+ ne peut être due qu’à l’oxydation du fer. Il y a transfert d’électrons.

 

b) Equation de dissolution de l’acide sulfurique H2SO4(l) dans l’eau :

 

H2SO4 → 2 H+ + SO42-

 

D’après l’équation : [H+] = 2.c = 2 mol.L-1 on sait que n = C × V et V = 50 mL = 5.10-2 L

 

n(H+) = 2 × 5.10-2 = 10-1 mol

 

b) On cherche les quantités de matière initiales :

 

 Pour le fer : m = 2,50 g et M(Fe) = 55,8 g.mol-1

 

n = m / M donc n (Fe) = 0,725 / 55,8 = 1,3.10-2 mol

 

n(H+) = 2 × 5.10-2 = 10-1 mol

 

Tableau d’avancement de la transformation :

 

 

         Fe                   +            2 H+          à              Fe2+          +             H2

Etat initial

x = 0 mol

1,3.10-2

10-1

0

0

En cours de transformation

x

1,3.10-2 – x

10-1 – 2 x

 x

 x

Etat final

xmax = 1,3.10-2 mol

0

7,4.10-2

1,3.10-2

1,3.10-2

 

Recherche de l’avancement maximal xmax et du réactif limitant :

 

Si Fe est le réactif limitant : 1,3.10-2 – x = 0 => x = 1,3.10-2 mol

 

Si H+ est le réactif limitant :  10-1 – 2 x = 0 => x = 5.10-2 mol

 

Par conséquent xmax = 1,3.10-2 mol et le réactif limitant est Fe

 

A l’état final on a : 1,3.10-2 mole de Fe2+.

 

d) V = 100 mL  = 0,1 L on cherche [Fe2+]

[Fe2+] = 1,3.10-2 / 0,1 = 1,3.10-1 mol.L-1

 

e) L’ion MnO4- est un oxydant, l’ion Fe2+ joue le rôle de réducteur.

Demi-équation de la réaction.

 

Fe2+ à Fe3+ + e- (×5)

8 H+ + 5 e- + MnO4- à Mn2+ + 4 H2O

 

Equation de la réaction : 5 Fe2+ + 8 H+ + MnO4- à 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O

 

f) La solution reste violette, il n’y a plus d’ion Fe2+ dans la solution, les réactifs ont été introduits dans les proportions stoechiométriques.

 


g) On cherche les quantités de matière initiales :

 

 Pour Fe2+ :  C = 1,3.10-1 mol.L-1 et V = 20 mL => n(Fe2+) = 1,3.10-1 × 20.10-3 = 2,6.10-3 mol

Pour MnO4- : n(MnO4-)

Tableau d’avancement de la transformation :

 

 

     5  Fe2+   +     8 H+    +  MnO4-   à   5 Fe3+ +         Mn2+         +    4 H2O

 

Etat initial

x = 0 mol

2,6.10-3

E

X

C

E

S

n(MnO4-)

0

0

S

O

L

V

A

N

T

En cours de transformation

x

2,6.10-3 – 5 x

n - x

5x

x

Etat final

xeq = 5,2.10-4 mol

0

0

5 xeq

xeq

 

Lors de la réaction tout les réactifs sont épuisés.  2,6.10-3 – 5 xeq = 0 => xeq = 5,2.10-4 mol

On a : n – xeq = 0 => n(MnO4-) = 5,2.10-4 mol        V = 8,7 mL = 8,7.10-3 mol

[MnO4-] = 5,2.10-4 / 8,7.10-3 = 6.10-2 mol.L-1

 

II)1.

 

2.

équation de la réaction

Avancement

(en mol)

Etat initial

0

0,015

0,0050

0

0

Etat en cours de transformation

0,015 – x

0,0050 – 2.x

x

2.x

Etat final

xf = 0,0025

0,00125

0

0,0025

0,0050

 

 

 

 

 

 

 

 

Car à l’état initial :

 

 

 

 

car  donc

 

Car à l’état final :

Soit  est le réactif limitant donc  soit

Soit  est le réactif limitant donc  soit

Comme  c’est  le réactif limitant

 

3.

4.

  x2

 

        x1

 

5.

6.

 

Oxydant  et Réducteur =  car

Oxydant = espèce chimique qui capte des électrons  et Réducteur = espèce chimique qui cède des électrons.

 

III) Détermination de la teneur en SO2 d’une eau polluée :

 

1) Couple SO42- / SO2 :   SO42- (aq) + 4 H+(aq) + 2 e- = SO2(aq) + 2 H2O(l)

2) Couple : Cr2O72-/Cr3+ : Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 e- = 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)

3) Demi-équations électroniques et équation de la réaction :

Cr2O72-/Cr3+ : Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 e- = 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)  ×1

SO42- (aq) + 4 H+(aq) + 2 e- = SO2(aq) + 2 H2O(l) ×3

Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 3SO2(aq) + 6 H2O(l) = 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(l)  + 3 SO42- (aq) + 12 H+(aq)

 

Cr2O72-(aq) + 2H+(aq) + 3SO2(aq) = 2 Cr3+(aq) +H2O(l)  + 3 SO42- (aq)

 

4) Teneur en SO2 de l’eau polluée :

a. Quantité initiale d’ions dichromate :

n(Cr2O72-(aq)) = c*V = 5,0*10-3 × 10*10-3 = 5,0*10-5 mol

Tableau d’avancement du système :

b. Au moment où le mélange est passé au vert on a :

5,0*10-5 – xmax = 0 et n0 – 3xmax = 0

Alors xmax = 5,0*10-5 mol

c. On peut donc calculer n0 : n0 = 3*xmax = 3*5,0*10-5 = 1.5*10-4 mol

Cette quantité de matière est présente dans un volume de 7.5 mL d’eau polluée, donc la concentration de cette eau est : n(Cr2O72-(aq)) = c*V = 5,0*10-3 × 10*10-3 = 5,0*10-5 mol

 

    

Equation     

Cr2O72-(aq)    + 2H+(aq)            + 3SO2(aq) =    2 Cr3+(aq) +    H2O(l)  +       3 SO42- (aq)

 

Etat du système

Avancement (x

en mol)

n(Cr2O72-(aq))

n(H+(aq))

n(SO2(aq)

n(Cr3+(aq))

n(H2O(l))

n(SO42-(aq))

Initial

x = 0

5,0*10-5

Excès

n0

0

Excès

0

Au cours de la

transformation

x

5,0*10-5 - x

Excès

n0 – 3x

2x

Excès

3x

Final

xmax = 5.0*10-5

0

Excès

0

2xmax

Excès

3xmax

 

b. Au moment où le mélange est passé au vert on a :

5,0*10-5 – xmax = 0 et n0 – 3xmax = 0

Alors xmax = 5,0*10-5 mol

c. On peut donc calculer n0 : n0 = 3*xmax = 3*5,0*10-5 = 1.5*10-4 mol

Cette quantité de matière est présente dans un volume de 7.5 mL d’eau polluée, donc la concentration de cette eau est :   c = n / v = 1.5*10-4 / 7.5*10-4 =  2.0*10-2 mol/L