Diagrammes potentiel-pH

Exercice 1. Attribuer et justifier les verticales du fer ★★

Classiques de khôlle et concours · 20 min · Khôlle · Diagramme du fer

Un diagramme du fer tracé à $c = 10^{-2}~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$ comporte cinq domaines non légendés.

Espèces : $$\begin{aligned} &\mathrm{Fe(s)}, \quad \mathrm{Fe^{2+}}, \quad \mathrm{Fe^{3+}}, \\ &\mathrm{Fe(OH)_2(s)}, \quad \mathrm{Fe(OH)_3(s)}. \end{aligned}$$ Données : $$\mathrm{p}K_s(\mathrm{Fe(OH)_2}) = 15$$ et $$\mathrm{p}K_s(\mathrm{Fe(OH)_3}) = 38.$$ Attribuer les domaines et placer les frontières verticales.

Exercice 2. Frontières obliques du fer par continuité ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Khôlle · Diagramme du fer

Avec les données de l'exercice 1, $$\begin{aligned} E^\circ(\mathrm{Fe^{3+}/Fe^{2+}}) &= 0{,}77~\mathrm{V} \quad\text{et} \\ E^\circ(\mathrm{Fe^{2+}/Fe}) &= -0{,}44~\mathrm{V}, \end{aligned}$$ établir les équations des frontières $\mathrm{Fe(OH)_3/Fe^{2+}}$, $\mathrm{Fe(OH)_3/Fe(OH)_2}$ et $\mathrm{Fe(OH)_2/Fe}$.

Exercice 3. Le fer et le fer(II) dans l'eau aérée ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Niveau écrit CCINP · Stabilité dans l'eau

Le fer est-il stable dans l'eau désaérée ?

Les ions $\mathrm{Fe^{2+}}$ le sont-ils dans l'eau aérée ?

Exercice 4. Permanganate, eau et titrage ★★★

Approfondissement · 35 min · Niveau écrit CCINP · Stabilité dans l'eau

Données : $$\begin{aligned} E^\circ(\mathrm{MnO_4^-/Mn^{2+}}) &= 1{,}51~\mathrm{V}, \\ E^\circ(\mathrm{MnO_4^-/MnO_2}) &= 1{,}70~\mathrm{V}, \end{aligned}$$ $c = 10^{-2}~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$ pour les espèces dissoutes aux frontières.

Le permanganate est-il stable dans l'eau ?

Pourquoi titrer en milieu acide ?

Exercice 5. Dismutation du dichlore et eau de Javel ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Niveau écrit CCINP · Dismutation

Espèces $\mathrm{Cl^-}$, $\mathrm{Cl_2(aq)}$, $\mathrm{HClO}$, $\mathrm{ClO^-}$.

Données : $$\begin{aligned} E^\circ(\mathrm{Cl_2/Cl^-}) &= 1{,}36~\mathrm{V}, \\ E^\circ(\mathrm{HClO/Cl_2}) &= 1{,}63~\mathrm{V}, \\ \mathrm{p}K_a(\mathrm{HClO/ClO^-}) &= 7{,}5. \end{aligned}$$ Concentration totale en chlore $c = 10^{-2}~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$, répartition égale de l'élément à chaque frontière.

Au-delà de quel pH le dichlore se dismute-t-il ?

Exercice 6. Le cuivre(I) en solution ★★

Classiques de khôlle et concours · 20 min · Khôlle · Dismutation

Données : $$\begin{aligned} E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu^+}) &= 0{,}16~\mathrm{V} \quad\text{et} \\ E^\circ(\mathrm{Cu^+/Cu}) &= 0{,}52~\mathrm{V}. \end{aligned}$$ Montrer que $\mathrm{Cu^+}$ se dismute en milieu acide, calculer la constante, et retrouver $E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})$.

Exercice 7. Clou de fer dans le sulfate de cuivre, circuit gravé au chlorure ferrique ★★

Classiques de khôlle et concours · 20 min · Khôlle · Déplacement d'un métal

Un clou est plongé dans une solution de $\mathrm{Cu^{2+}}$ à $0{,}10~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$ en milieu acide.

Prévoir le bilan et la concentration finale en $\mathrm{Cu^{2+}}$.

Expliquer pourquoi une solution de $\mathrm{Fe^{3+}}$ attaque le cuivre.

Exercice 8. Le zinc, un hydroxyde amphotère ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Niveau écrit e3a · Stabilité dans l'eau

Espèces $\mathrm{Zn(s)}$, $\mathrm{Zn^{2+}}$, $\mathrm{Zn(OH)_2(s)}$, ion zincate $[\mathrm{Zn(OH)_4}]^{2-}$, avec $c = 10^{-2} \ \mathrm{mol\,L^{-1}}$. Données : $\mathrm{p}K_s(\mathrm{Zn(OH)_2}) = 16$, $K = 10^{-0{,}5}$ pour $\mathrm{Zn(OH)_2(s)} + 2\ \mathrm{HO^-} = [\mathrm{Zn(OH)_4}]^{2-}$, $E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0{,}76 \ \mathrm{V}$. Placer les verticales et discuter la stabilité du zinc dans l'eau.

Exercice 9. pH de dismutation du diiode ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Type écrit Mines · Dismutation

Données : $$\begin{aligned} E^\circ(\mathrm{I_2/I^-}) &= 0{,}62~\mathrm{V} \quad\text{et} \\ E^\circ(\mathrm{IO_3^-/I_2}) &= 1{,}19~\mathrm{V}. \end{aligned}$$ Concentration totale en iode $c = 10^{-2}~\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$, répartition égale de l'élément aux frontières.

Déterminer le pH au-delà duquel $\mathrm{I_2}$ se dismute et en tirer une consigne pour les titrages.

Exercice 10. L'eau oxygénée, prévision contre expérience ★★

Classiques de khôlle et concours · 25 min · Type oral Centrale · Dismutation

Données : $$\begin{aligned} E^\circ(\mathrm{O_2/H_2O_2}) &= 0{,}68~\mathrm{V} \quad\text{et} \\ E^\circ(\mathrm{H_2O_2/H_2O}) &= 1{,}78~\mathrm{V}. \end{aligned}$$ Montrer que $\mathrm{H_2O_2}$ n'a de domaine à aucun pH.

Pourquoi un flacon se conserve-t-il ?

Que se passe-t-il si l'on ajoute une pincée de $\mathrm{MnO_2}$ ?