i
i
“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 635 — #643
i
i
i
i
i
i
Exercices
S’ENTRAÎNER
Données : Potentiel standard (en V à 298 K) : E ◦ (Mo
3+ /Mo) = −0,20 V.
10.3 Stabilité du fer et de ses oxydes en solution aqueuse (CCP) (#)
L’allure du diagramme potentiel-pH du fer est présentée ci-dessous pour une concentration
totale en fer dissous de 1,0.10 −2 mol·L −1 . À ce diagramme potentiel-pH du fer est superposé
celui de l’eau représenté en pointillé. Ce diagramme tient compte des espèces les plus stables
du fer et de ses oxydes : Fe(s), Fe 2+ (aq), Fe 3+ (aq), Fe 3 O 4 (s), FeO(OH)(s).
pH
E /V
0
14,0
0,5
1,0
I
II
III
IV
V
A
B
C
1. Identifier chacun des domaines de prédominance ou d’existence (repérés I à V sur le diagramme représenté ci-dessus) des espèces du fer prises en compte. Justifier votre réponse à
l’aide du nombre d’oxydation de l’élément fer.
2. Déterminer le coefficient directeur des segments de droite (AB) et (BC).
3. Donner les équations des réactions d’oxydation du fer par une solution aqueuse basique
ainsi que par une solution aqueuse basique et aérée (présence de dioxygène dissous).
10.4 Diagramme E−pH du zirconium (CCP) (##)
Nous nous proposons ici d’établir le diagramme E-pH du zirconium Zr, et d’étudier les propriétés du métal Zr(s) en solution aqueuse. Les espèces considérées sont le zirconium métal
Zr(s), le cation zirconium Zr 4+ (aq), la zircone : dioxyde de zirconium ZrO 2 (s) et l’anion
HZrO
–
3 (aq).
1. Au nombre d’oxydation +IV, calculer les limites de stabilité en pH de la zircone solide,
du côté acide (équilibre avec Zr 4+ ) et du côté basique (équilibre avec HZrO
–
3 ). On considérera
que les espèces dissoutes en zirconium sont à la concentration 1,0.10 −6 mol·L −1 . Schématiser le résultat de ces calculs par un diagramme uniaxe gradué en pH. Notons que le choix
635
i
“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 635 — #643
i
i
i
i
i
i
Exercices
S’ENTRAÎNER
Données : Potentiel standard (en V à 298 K) : E ◦ (Mo
3+ /Mo) = −0,20 V.
10.3 Stabilité du fer et de ses oxydes en solution aqueuse (CCP) (#)
L’allure du diagramme potentiel-pH du fer est présentée ci-dessous pour une concentration
totale en fer dissous de 1,0.10 −2 mol·L −1 . À ce diagramme potentiel-pH du fer est superposé
celui de l’eau représenté en pointillé. Ce diagramme tient compte des espèces les plus stables
du fer et de ses oxydes : Fe(s), Fe 2+ (aq), Fe 3+ (aq), Fe 3 O 4 (s), FeO(OH)(s).
pH
E /V
0
14,0
0,5
1,0
I
II
III
IV
V
A
B
C
1. Identifier chacun des domaines de prédominance ou d’existence (repérés I à V sur le diagramme représenté ci-dessus) des espèces du fer prises en compte. Justifier votre réponse à
l’aide du nombre d’oxydation de l’élément fer.
2. Déterminer le coefficient directeur des segments de droite (AB) et (BC).
3. Donner les équations des réactions d’oxydation du fer par une solution aqueuse basique
ainsi que par une solution aqueuse basique et aérée (présence de dioxygène dissous).
10.4 Diagramme E−pH du zirconium (CCP) (##)
Nous nous proposons ici d’établir le diagramme E-pH du zirconium Zr, et d’étudier les propriétés du métal Zr(s) en solution aqueuse. Les espèces considérées sont le zirconium métal
Zr(s), le cation zirconium Zr 4+ (aq), la zircone : dioxyde de zirconium ZrO 2 (s) et l’anion
HZrO
–
3 (aq).
1. Au nombre d’oxydation +IV, calculer les limites de stabilité en pH de la zircone solide,
du côté acide (équilibre avec Zr 4+ ) et du côté basique (équilibre avec HZrO
–
3 ). On considérera
que les espèces dissoutes en zirconium sont à la concentration 1,0.10 −6 mol·L −1 . Schématiser le résultat de ces calculs par un diagramme uniaxe gradué en pH. Notons que le choix
635