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exo sur les piles

Posté par
yoyore
23-02-09 à 13:44

Bonjour,
Toujours pour m'entrainer, j'ai essayer de faire cet exercice .... mais sans succès !


pile Cu/Ag
I=0.4 A pendant 30 minutes

1) Quelle est la masse d'argent gagné par l'électrode sachant que Mag=108 g/mol ?

2) Quelle est la concentration en Cu2+ et en Ag2+ dans chaque compartiment de la pile au bout de 30 minutes ?

3) quelle est la durée maximale de la pile?

Pour la qestion 1 je sais que n=m/M donc m=n*M mais on ne connait pas n, donc je ne vois pas commencer avancer ...

Merci de votre aide

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 14:40

1)dans le compartiment qui correspond à l'éléctrode négtive de la pile , il se produit l'oxydation de Ag .

Ag ---------->Ag+    +  e-
n(Ag) = n(e-) => \frac{m(Ag)}{M(Ag)}=n(e^-)

d'autre part on a : q=It=n.e => n=\frac{I.t}{e}
d'ou: n(e)=\frac{I.t}{N_A.e}          NA: nb d'Avogadro

par conséquence:m=M.\frac{I.t}{N_A.e}=\frac{(108).0,4.(30).60}{6,02.10^{23}.1,6.10^{-19}}=0,8g

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 14:43

Pourquoi on a q=It = n.e ???
Merci de m'aider

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 14:48

ah je crois avoir trouvé :
Q=ne x F or F = Na x e

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 14:54

n : c'est le nombre d'ééctrons qui traverse le circuit pendant une durée t.

n(e-) : c'est la quantité de matière des éléctrons correspondant.
                                    n(e)=\frac{n}{N_A}

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 14:59

ok ok j'ai compris maintenant

Pour la seconde question il faut avoir le volume non?

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:05

on t'a donné les concentrations initiales des solutions utilisées que tu n'as pas précisé.

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:09

Les concentrations initiales sont les concentrations quand l'avancement x=0 c'est bien cela?
Si c'est ca alors on a
[Ag2+]= 1 mol/L
[Cu2+]= 0.5 mol/L

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:25

Il ne faudra pas diviser les concentration initiale par 0.8 ?

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:34

2)  la concentration en Cu2+ et en Ag2+ dans chaque compartiment de la pile au bout de 30 minutes :

écrivons l'éq  de la réa.qui se produit  ds la pile:

2 Ag     +          Cu         --> 2Ag+   +       Cu2+
ni(Ag)            ni(Cu)         ni(Ag+)         ni(Cu2+)
ni(Ag)-2x         ni(Cu)-x      ni(Ag+)+2x         ni(Cu2+)+x

auniveau de l'éléctrode de cuivre se produit l'oxydation:  Cu  = Cu2+  +2e-
     nombre de moles d'ions Cu2+ formés:
n(Cu^{2+}=\frac{n(e-)}{2}
et d'après le tableau d'avancement ce memenb de mole est égale à:
n(Cu^{2+}=x

or  n(e-)=\frac{I.t}{F}    F=NA.e
(Cu2+)=x=\frac{I.t}{2.F} =....  fais le calcul
et  (Ag+)=-2x=...
          

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:38

c'est quoi le delta en fait?

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:40

le calcul donne :
(0.4 * 30 * 30) / (2 * 96500 ) = 0.0037

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:42

  = variation
si >0  c à d qu'il y'a augmentation du nb de mole
si <o diminution du nb de mole.


car ds le compartiment qui correspond au cuivre [Cu2+]augmente
ds l'autre compartiement [Ag+] diminue.

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 15:45

pour d(Ag2+) = -2x = (I*t)/2F <=> -x=(I*t)/F <=>x= - (I*t)/F
c'est bien cela???

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 16:39

oui ,tu dois faire le calcul :
tu auras (Cu2+)=(0.4 * 30 * 60) / (2 * 96500 ) = 0.0037 mol
(Ag+)=-0,0075mol

mais ce n'est pas fini , tu en déduiras l'augmentation de la concentration de la 1ère sol puis la diminution de celle de la 2ème sol.
en divisant par le volume de la solution (que tu n'as pas précisé).
et enfin : tu connait:
[Ag2+]o= 1 mol/L
[Cu2+]o= 0.5 mol/L
tu trouves les concentration en Cu2+ et en Ag2+ dans chaque compartiment de la pile au bout de 30 minutes .

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 17:10

Le volume est de 20 mL pour chaque solution.

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 17:12

donc pour Cu2+ 0.0037/0.02 = 0.185
  et pour Ag+  0.0075/0.02 = 0.375

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 20:52

Je vois pas ce qu'il faut que je fasse maintenant

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 21:00

donc le volume total
V=v1+v2=40mL=0,04L
concentration en  Ag+ dans chaque compartiment de la pile au bout de 30 minutes est.
[Ag+]=[Ag+]o-\frac{0,0075}{0,4}=...

concentration en  Cu2+ dans chaque compartiment de la pile au bout de 30 minutes est
:
[Cu2+]=[Cu2+]o+\frac{0,0037}{0,4}=...

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 21:03

[Ag+]= 0.98 mol/L
[Cu2+]=0.49 mol/L

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 23-02-09 à 21:04

Pour la duree maximale de la pile il faudrait connaitre Q non?

Posté par
122155
re : exo sur les piles 23-02-09 à 21:48

attention    : corriges le tableau d'av:


2 Ag+     +          Cu         --> 2Ag   +       Cu2+
ni(Ag+)            ni(Cu)         ni(Ag)         ni(Cu2)
ni(Ag+)-2x         ni(Cu)-x      ni(Ag)+2x         ni(Cu2+)+x

le réactif limitant qui metera fin à la réaction (au fonctionnement de la pile) ce sont les ions Ag+


no(Ag+)-2xf=0
=> x_f=\frac{n_o(Ag)}{2}=\frac{[Ag+]_o.V}{2}=\frac{1mol/L.0,4L}{2}=0,2mol



Qmax=I.tmax



avec:
Qmax=n(e-).F
selon la demi équation: Ag--->Ag+   +  e-
   n(e-)=n(Ag+)formés =2xf   (voir tableau)
Qmax=2xf.F=...

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 24-02-09 à 09:45

après avoir trouvé x=0.2 mol
pour avoir la concentration en ion Ag+, il faut que je divise x par le volume (20mL) non?

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 25-02-09 à 10:32

n(Cu2+)+x =0
n(Cu2+)= -x
x = -[Cu2+]i.V = 0,5 x 0,4 = 0,2 mol

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 25-02-09 à 10:46

c'est bien cela

pourquoi on cherche x alors que nous on veut la concentration ?

Posté par
122155
re : exo sur les piles 25-02-09 à 13:00

[Ag2+]o= 1 mol/L ,V=20mL => no(Ag+)=cv=0,02mol
[Cu2+]o= 0.5 mol/L ,V=20mL => no(Cu2+)=0,01mol

tu dois remplir le tableau d'avancement pour avoir les concentration
2 Ag+     +          Cu         --> 2Ag   +           Cu2+
0,02            ni(Cu)         ni(Ag)            0,01
0,02-2x         ni(Cu)-x      ni(Ag)+2x           0,01+x

connaissant l'avancement tu peux calculer les concentration.

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 25-02-09 à 14:15

Alors :

pour Ag+
0,02-2x or x=0,2
donc 0,02-(2 x 0,2) = 0,02 x 0,4 = 0,008
La concentration de [Ag+] sera donc de 0,008 mol/L

pour Cu2+
0,01+x = 0,01 x 0,2 = 0,002
La concentration de [Cu2+] sera donc de 0,002 mol/L

C'est correct ?

Posté par
122155
re : exo sur les piles 25-02-09 à 14:36

non.
car:
n(Ag+) =0,02-(2 x 0,2) = 0,02 x 0,4 = 0,008mol

de meme :
n(Cu2+) =0,01+x = 0,01 x 0,2 = 0,002 mol
alors que []=\frac{n}{V_1+V_2}

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 25-02-09 à 14:43

ok
Alors on a :
[Ag+]= 0,008 / 0,04 = 0,2mol/L

[Cu2+]= 0,002/0,04 = 0,05 mol/L

(car 20ml+20ml=40ml=0,04L)

c'est correct ?

Posté par
122155
re : exo sur les piles 25-02-09 à 14:57

correct.

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 25-02-09 à 15:03

Qmax=I.tmax
Donc tmax=Qmax/I

Or : Qmax=n(e-).F
selon la demi équation: Ag->Ag+ + e-
   n(e-)=n(Ag+)formés =2xf
Qmax=2xf.F= 2 x 0,2 x 96500 = 38600 C

Donc tmax= 38600 / 0,4 = 96500 h

c'est correct ?

Posté par
122155
re : exo sur les piles 25-02-09 à 15:40

ton raisonnement est correct.
sauf ici n(e-)=n(Ag+) (qui réagit càd disparait ) =2xf

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 25-02-09 à 15:41

donc a la place de formée je met disparait mais sinon le résultat est bon ? (car 96500 h me parait beaucoup en plus c'est la valeur de F)

Posté par
122155
re : exo sur les piles 25-02-09 à 16:05

oui en débitant un courant I=0.4 A la pile aura une longue durée de vie.car cette durée correspond à la destruction d'une masse de Zin de l'anode m=13,08g par oxydation .

Posté par
yoyore
re : exo sur les piles 25-02-09 à 16:06

merci beaucoup
A bienotot

Posté par
122155
re : exo sur les piles 25-02-09 à 16:08

bonne chance et au revoir



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