Chemistry Labs

Olympiade Internationale de Chimie · Année 2019

Problèmes

  1. Problème 2Le dihydrogène (H2) est une alternative aux carburants émettant du CO2 ; réduire le coût et l'impact environnemental de sa production est un enjeu majeur et l'électrolyse de l'eau est une voie prometteuse. Données à 298 K : ΔfH∘\Delta_f H^\circ (kJ mol−1^{-1}) : H2(g) 0, H2O(l) −285.8, H2O(g) −241.8, O2(g) 0 ; Sm∘S_m^\circ (J mol−1^{-1} K−1^{-1}) : H2(g) 130.6, H2O(l) 69.9, H2O(g) 188.7, O2(g) 205.2. (a) Écrire l'équation équilibrée de la décomposition de l'eau liquide avec un coefficient stœchiométrique de 1 pour l'eau et justifier numériquement si la réaction est thermodynamiquement favorable à 298 K. (b) L'électrolyse peut être réalisée avec deux électrodes dans un bain d'eau acide ; écrire les demi-réactions à chaque électrode et établir la condition sur la tension appliquée ΔEapplied\Delta E_{\text{applied}} par rapport au seuil thermodynamique ΔEth\Delta E_{\text{th}} pour que le procédé soit favorable à 298 K. (c) Pour une cathode de Pt, la tension minimale ΔEmin⁡\Delta E_{\min} dépend de l'anode : IrOx 1.6 V, NiOx 1.7 V, CoOx 1.7 V, Fe2O3 1.9 V. Donner l'expression du rendement de puissance ηelec\eta_{\text{elec}} de l'électrolyse, le calculer pour Pt/Fe2O3 et indiquer l'anode la plus efficace.Solutions: 1
  2. Problème 3Le chlorure d'argent est un solide blanc laiteux (citations d'une leçon de L. J. Gay-Lussac). Données à 298 K : pKs1(AgCl)=9.7pK_{s1}(\ce{AgCl}) = 9.7 ; pKs2(AgX2CrOX4)=12pK_{s2}(\ce{Ag2CrO4}) = 12 ; constante de formation de [Ag(NHX3)Xn]+[\ce{Ag(NH3)_n}]^+ : βn=107.2\beta_n = 10^{7.2} ; E∘(AgX+/Ag)=0.80E^\circ(\ce{Ag+/Ag}) = 0.80 V. (a) Calculer la solubilité ss de AgCl(s)\ce{AgCl(s)} dans l'eau. (b) L'ajout d'ammoniac au chlorure d'argent forme un complexe de stœchiométrie nn ; écrire l'équilibre et sa constante KK, puis déterminer nn sachant que 0,1 mol de AgCl\ce{AgCl} dans 1 dm3^3 d'eau se dissout juste quand [NHX3]=1.78[\ce{NH3}] = 1.78 mol dm−3^{-3}. (c) La méthode de Mohr titre ClX−\ce{Cl-} par AgX+\ce{Ag+} en présence de KX2CrOX4\ce{K2CrO4} : trois gouttes (≈0.5\approx 0.5 cm3^3) de KX2CrOX4\ce{K2CrO4} à c=7.76×10−3c = 7.76\times 10^{-3} mol dm−3^{-3} sont ajoutées à V0=20.00V_0 = 20.00 cm3^3 de solution de NaCl titrée par AgNOX3\ce{AgNO3} à c=0.050c = 0.050 mol dm−3^{-3} ; un précipité rouge apparaît à VAg=4.30V_{\ce{Ag}} = 4.30 cm3^3. Calculer c(ClX−)c(\ce{Cl-}) et la concentration résiduelle [ClX−]res[\ce{Cl-}]_{\text{res}} quand AgX2CrOX4\ce{Ag2CrO4} commence à précipiter.Solutions: 1