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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 582 — #590
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Exercices
CHAPITRE 9 – OXYDORÉDUCTION
E ◦ (S 4 O
2−
6 /S 2 O
2−
3 ) = 0,08 V.
9.14 Le mercure et ses ions en solution aqueuse (CCP) (##)
Les nombres d’oxydation à considérer pour l’élément Hg sont les degrés 0, +I et +II. Le
mercure liquide est seul dans sa phase. La température sera toujours égale à 298 K.
Données :
• Masses atomiques molaires en g·mol −1 : Hg : 200,6 O : 16,0 H : 1,0 ;
• Constante de FARADAY : F = 96 500 C·mol −1 ;
• Produit ionique de l’eau K e : K e = 10 −14 ;
• Produits de solubilité : Hg(OH) 2 (s) : K s1 = 2, 36.10 −26 ; Zn(OH) 2 (s) : K s2 = 7, 08.10 −18
• Potentiels standard à pH = 0
Couple Hg 2+
2 /Hg() Hg 2+ /Hg 2+
2
Hg 2+ /Hg() O 2 (g)/H 2 O() Zn 2+ /Zn(s)
E o (V)
0,80
0,91
0,85
1,23
−0, 76
1. Les solutions aqueuses d’ion mercureux
a. L’ion mercureux existe en solution aqueuse acide sous la forme d’un ion condensé dimère
de formule Hg 2+
2 . Écrire la demi-équation rédox associée au couple Hg 2+ /Hg 2+
2 .
b. L’ion mercureux Hg 2+
2 est oxydé en solution acide en ion mercurique Hg 2+ par le dioxygène O 2 atmosphérique qui se dissout dans l’eau. Justifier qualitativement cette observation
pour pH = 0 et écrire l’équation bilan de la réaction d’oxydation.
c. Afin de conserver une solution acide d’ions Hg 2+
2 au laboratoire, on y introduit quelques
gouttes de mercure liquide. Les ions Hg 2+
2 sont ainsi régénérés, au fur et à mesure de leur
oxydation par le dioxygène atmosphérique. Quelle réaction peut se produire entre l’ion mercurique Hg 2+ et le mercure Hg introduit ? Justifier. Calculer la constante d’équilibre de cette
réaction rapportée à une mole d’ions mercurique.
d. Application
Une solution S, de concentration initiale 1,00.10 −1 mol·L −1 en ions mercureux Hg 2+
2 a été
partiellement oxydée par le dioxygène dissous. Elle contient maintenant 2,00.10 −2 mol·L −1
d’ions mercurique et on considère qu’il ne reste plus de dioxygène dans cette solution. Quelle
est la concentration des ions mercureux restant dans cette solution ?
e. Afin de régénérer les ions mercureux, on ajoute, sans variation de volume quelques gouttes
de mercure liquide. Quelle est la concentration en ions mercurique après cette addition sachant qu’il reste du mercure liquide ? Quel est le pourcentage des ions mercurique ainsi
éliminés ?
2. Utilisation du mercure au degré +II dans la pile au mercure ou ”pile bouton”
La pile au mercure est appelée communément pile bouton à cause de sa forme. Sa description
simplifiée est schématisée ci-dessous :
Hg()/Hg(OH) 2 (s)/Na
+ , OH
− (solution aqueuse) / Zn(OH) 2 (s) / Zn(s)
demi-pile (1)
demi-pile (2)
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CHAPITRE 9 – OXYDORÉDUCTION
E ◦ (S 4 O
2−
6 /S 2 O
2−
3 ) = 0,08 V.
9.14 Le mercure et ses ions en solution aqueuse (CCP) (##)
Les nombres d’oxydation à considérer pour l’élément Hg sont les degrés 0, +I et +II. Le
mercure liquide est seul dans sa phase. La température sera toujours égale à 298 K.
Données :
• Masses atomiques molaires en g·mol −1 : Hg : 200,6 O : 16,0 H : 1,0 ;
• Constante de FARADAY : F = 96 500 C·mol −1 ;
• Produit ionique de l’eau K e : K e = 10 −14 ;
• Produits de solubilité : Hg(OH) 2 (s) : K s1 = 2, 36.10 −26 ; Zn(OH) 2 (s) : K s2 = 7, 08.10 −18
• Potentiels standard à pH = 0
Couple Hg 2+
2 /Hg() Hg 2+ /Hg 2+
2
Hg 2+ /Hg() O 2 (g)/H 2 O() Zn 2+ /Zn(s)
E o (V)
0,80
0,91
0,85
1,23
−0, 76
1. Les solutions aqueuses d’ion mercureux
a. L’ion mercureux existe en solution aqueuse acide sous la forme d’un ion condensé dimère
de formule Hg 2+
2 . Écrire la demi-équation rédox associée au couple Hg 2+ /Hg 2+
2 .
b. L’ion mercureux Hg 2+
2 est oxydé en solution acide en ion mercurique Hg 2+ par le dioxygène O 2 atmosphérique qui se dissout dans l’eau. Justifier qualitativement cette observation
pour pH = 0 et écrire l’équation bilan de la réaction d’oxydation.
c. Afin de conserver une solution acide d’ions Hg 2+
2 au laboratoire, on y introduit quelques
gouttes de mercure liquide. Les ions Hg 2+
2 sont ainsi régénérés, au fur et à mesure de leur
oxydation par le dioxygène atmosphérique. Quelle réaction peut se produire entre l’ion mercurique Hg 2+ et le mercure Hg introduit ? Justifier. Calculer la constante d’équilibre de cette
réaction rapportée à une mole d’ions mercurique.
d. Application
Une solution S, de concentration initiale 1,00.10 −1 mol·L −1 en ions mercureux Hg 2+
2 a été
partiellement oxydée par le dioxygène dissous. Elle contient maintenant 2,00.10 −2 mol·L −1
d’ions mercurique et on considère qu’il ne reste plus de dioxygène dans cette solution. Quelle
est la concentration des ions mercureux restant dans cette solution ?
e. Afin de régénérer les ions mercureux, on ajoute, sans variation de volume quelques gouttes
de mercure liquide. Quelle est la concentration en ions mercurique après cette addition sachant qu’il reste du mercure liquide ? Quel est le pourcentage des ions mercurique ainsi
éliminés ?
2. Utilisation du mercure au degré +II dans la pile au mercure ou ”pile bouton”
La pile au mercure est appelée communément pile bouton à cause de sa forme. Sa description
simplifiée est schématisée ci-dessous :
Hg()/Hg(OH) 2 (s)/Na
+ , OH
− (solution aqueuse) / Zn(OH) 2 (s) / Zn(s)
demi-pile (1)
demi-pile (2)
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