Etudier l'oxydoreduction de l'acide chlorhydrique et du cuivreProblème

On considère une solution d'acide chlorhydrique de volume 120 mL et de concentration 0,60 mol.L⁻¹dans laquelle on introduit 2,0 g de fer solide.

Donnée :

M_{Fe} = 55{,}8 g.mol⁻¹

Quels sont les différents couples oxydants/réducteurs susceptibles d'intervenir en considérant que le seul ion du fer est le fer II ?

Les couples oxydants / réducteurs présents donc susceptibles de réagir sont :

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}/\ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} / \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H3O^{+}_{(aq)}}/\ce{H2_{(g)}}

Les couples oxydants / réducteurs présents donc susceptibles de réagir sont :

\ce{Fe^{3+}_{(aq)}}/\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} / \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H^{+}_{(aq)}}/\ce{H2_{(g)}}

Les couples oxydants / réducteurs présents donc susceptibles de réagir sont :

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}/\ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} / \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H^{+}_{(aq)}}/\ce{H2_{(g)}}

Les couples oxydants / réducteurs présents donc susceptibles de réagir sont :

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}/\ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl_{(aq)}} / \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H^{+}_{(aq)}}/\ce{H2_{(g)}}

Quelles sont les demi-équations électroniques associées ?

Les demi-équations électroniques associées aux couples sont :

\ce{Fe^{3+}_{(aq)}}+ 3 e^{-} = \ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} +2 e^{-}=2 \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
2\ce{H^{+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{H2_{(g)}}

Les demi-équations électroniques associées aux couples sont :

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} +2 e^{-}=2 \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H^{+}_{(aq)}}+ e^{-} = \ce{H_{(g)}}

Les demi-équations électroniques associées aux couples sont :

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} +2 e^{-}=2 \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
2\ce{H^{+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{H2_{(g)}}

Les demi-équations électroniques associées aux couples sont :

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl_{(aq)}} + e^{-}=\ce{Cl^{-}_{(aq)}}
2\ce{H^{+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{H2_{(g)}}

On observe que la solution se colore en vert.

Par déduction, quelle réaction a lieu ?

\ce{H2_{(g)}} + \ce{Fe^{2+}_{(aq)}} \ce{->} \ce{Fe_{(s)}} + 2 \ce{H^{+}_{(aq)}}

\ce{Fe_{(s)}} + 2 \ce{H^{+}_{(aq)}} \ce{->} \ce{H2_{(g)}} + \ce{Fe^{2+}_{(aq)}}

\ce{Fe_{(s)}} + \ce{H^{+}_{(aq)}} \ce{->} \ce{H2_{(g)}} + \ce{Fe^{+}_{(aq)}}

\ce{Fe_{(s)}} + 3 \ce{H^{+}_{(aq)}} \ce{->} \ce{H2_{(g)}} + \ce{Fe^{3+}_{(aq)}}

Sachant que la réaction est totale, quelles sont les quantités de matières des réactifs et des produits en fin de réaction ?

À l'état final, les quantités de matière des réactifs et produits sont :

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) =3{,}6\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol

À l'état final, les quantités de matière des réactifs et produits sont :

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol

À l'état final, les quantités de matière des réactifs et produits sont :

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) =3{,}6\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) =0 mol

À l'état final, les quantités de matière des réactifs et produits sont :

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) =0 mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) = 3{,}6\times 10^{-2} mol

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