TD 6 Chimie des solutions Chap. 6 Les diagrammes potentiel-pH

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PTSI
TD 6 Chimie des solutions
Chap. 6 Les diagrammes potentiel-pH
Exercice 1 : Construction du diagramme E-pH de l'iode
On donne à pH= 0 , à 25°C :
O2/H2O : 1,23 V ; IO3-/I3- : 1,17 V ; I3-/I- : 0,54 V; H+/H2 : 0,00 V
On prend :
RT
ln10  0, 06 V
F
On se propose d'établir le diagramme E-pH de l'iode en se limitant aux espèces iodure I- , iodate IO3- et I3Pour chaque frontière, la concentration de chaque espèce est prise égale à 1,0.10-1 mol.L-1.
1. Etudier les couples I3-/I- et IO3-/I3-. Tracer un premier diagramme.
2. Après avoir prouvé l'existence d'une dismutation, tracer le diagramme définitif.
3. Discuter de la stabilité des diverses espèces dans l'eau.
Exercice 2 : Lecture du diagramme E-pH du titane
Le diagramme potentiel pH simplifié du titane a été tracé pour une concentration totale Cf de titane dissout par litre
de solution (en l'absence de métal), pour un pH variant entre 0 et 15,
en ne considérant que les espèces dissoutes suivantes : Ti2+, Ti3+, TiO2+,
HTiO3-, en ne considérant que les espèces solides : Ti, Ti(OH)2, Ti(OH)3,
TiO(OH)2 et en utilisant les constantes :
RT
ln10  0, 06 V et
F
Ke   H3O  OH    1014 .
Les courbes a et b correspondent aux limites du domaine de stabilité
de l'eau. Les coordonnées de quelques points remarquables sont
données dans le tableau suivant :
pH
Potentiel (V)
A
8,5
-1,81
B
8,5
-1,42
Autres données à 298 K :
Couples
E0 (V)
C
2,67
-0,37
D
2,67
-0,24
H+/H2(g)
0,00
E
2,5
-0,20
O2(g)/H2O
1,23
F
12
-0,80
Ti2+/Ti(s)
-1,63
Ti3+/Ti2+
-0,37
TiO2+/Ti3+
0,10
Ks[Ti(OH)3]=Ks3=10-40 et Ks[TiO(OH)2]=Ks4=10-29
1. Déductions graphiques:
a) Indiquer dans chacun des domaines numérotés I, II, III, IV, V, VI, VII et VIII, l'espèce stable ou
prédominante. Que peut-on dire de l'espèce VII ?
b) Déterminer la concentration Cf utilisée pour ce tracé.
c) Calculer le produit de solubilité de Ti(OH)2 qui sera noté Ks2
d) Justifier le parallélisme des courbes délimitant les domaines I/III et III/V.
e) Retrouver par le calcul les coordonnées de C et E en utilisant les données situées ci-dessus.
2. Stabilité dans l'eau
a) Ecrire les demi-équation électroniques correspondant aux courbes a et b.
b) Indiquer sur ce diagramme les zones d'immunité, de corrosion et de passivité.
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c) Montrer que le titane est instable dans l'eau. Ecrire le (les) réaction(s) mise(s) en jeu. Quelles sont
les espèces stables dans l'eau ?
Exercice 3 : Construction et Lecture du diagramme E-pH du chlore
a) Tracer le diagramme E-pH du chlore relatif aux composés : Cl 2(aq), Cl-, HClO et ClO-.
On donne E10=1,40 V pour Cl2/Cl, E20=1,59 V pour HClO/Cl2; pKA=7,5 pour HClO/ClO- et E30=1,49 V pour
HClO/ClAttention : cet exercice est placé ici pour nous familiariser avec l'autre convention (convention n°1 dans le
cours) : C0=1,0.10-1 mol.L-1 représente le concentration totale en élément chlore dissoute dans le milieu,
soit:
C0=[Cl-]+2[Cl2]+[HClO]+[ClO-]
Selon le pH et le potentiel, on se limitera toujours à deux forme présentes uniquement. La frontière
correspond à l'équirépartition de l'élément selon les deux n.o.
b) Déterminer la composition exacte d'une solution à pH=5 et E=1,3 V.
c) De la lecture de diagramme, déduire la nature de l'eau de chlore (Cl2(g) dissous dans l'eau) selon le pH puis
sa stabilité.

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