Montage n°17

Expériences illustrant la notion de potentiel et de potentiel standard pour un couple redox

A - Plan du montage

I - Mise en évidence
[#]	La pile - Zn|Zn2+||Cu2+|Cu +

II - Potentiel et potentiel standard d’un couple: loi de Nernst
[*]	Etude complète du couple Cu2+/Cu avec théorie de Debye-Hückel

III - Potentiel normal apparent
[*]	Diagramme potentiel-pH du couple quinone-hydroquinone

III’ - Potentiel d’une solution - Application à un dosage
[*]	Dosage de I3-aq par S2O32-aq

B - Matériel et produits
a/ Matériel
	¨ Pissette d’eau distillée				(Général)
	¨ 10 béchers 100 mL				(I)	(II)	(III)
	¨ plaques de zinc et de cuivre			(I)
	¨ 2 pinces crocodile				(I)
	¨ 1 millivoltmètre+fils				(I)
	¨ 1 pont salin rempli de KNO3 4 M		(I)
	¨ 1 statif avec noix, barres (fixation des béchers)	(I)

	¨ 1 E.C.S. (avec sa rallonge)				(II)	(III)
	¨ 1 pipette jaugée de 10 mL				(II)
	¨ 4 fioles jaugées 100 mL				(II)

	¨ 1 pH-mètre avec électrode de verre ou combinée			(III)
	¨ 1 pipette pasteur						(III)

b/ Produits
	¨ Solutions 10-1 M de:
		¨ Sulfate de cuivre			(I)
		¨ Sulfate de zinc				(I)
	¨ Solution 3M de:
		¨ KNO3				(I)
	¨ Solution 1 M de sulfate de cuivre			(II)

	¨ Solution de quinhydrone 1g pour 100 mL d’éthanol		(III)
	¨ Solutions 10-1 M de:						(III)
		¨ HCl
		¨ CH3COOH
		¨ Tampon acétate
		¨ CH3COONa
		¨ CO3HNa
	¨ Tampons pH 4 et 7

C - Commentaires

Introduction
	L’électrochimie est la science de l’étude des propriétés électriques des solutions appelées électrolytes. Les solutions aqueuses sont des électrolytes et possèdent des propriétés électriques, qui dépendent des corps dissous. On va tenter d’en savoir plus sur ce qui se passe dans ces solutions.

I - Mise en évidence d’une différence de potentiel
	On va fabriquer la pile - Zn|Zn2+||Cu2+|Cu + et mesurer la ddp, montrer qu’elle est non nulle et stable.
	Le potentiel de l’électrode de cuivre est donc différent de celui de l’électrode de zinc. Le potentiel d’une demi-pile est dû à l’existence d’un couple redox, ici respectivement les couples Cu2+/Cu et Zn2+/Zn. Qu’est-ce qu’un couple redox? Il s’agit de deux composés chimiques conjugués par l’équation de réaction:
	nox Ox + n e- =  nred Red

II - Potentiel et potentiel standard d’un couple
	On vient de mettre en évidence la notion de potentiel d’un couple. Etant donné qu’on ne peut mesurer que des différences de potentiel on est obligé d’utiliser une électrode de référence, ici l’E.C.S., qui a un potentiel constant.
	On étudie le couple Cu2+/Cu par le diagramme E=f(pc). On trace la droite de Nernst théorique relative aux concentrations, on remarque que l’expérience conduit à des résultats différents de la théorie, et on en déduit l’influence des coefficients d’activité. On peut tracer les points correspondant à la théorie de Debye-Hückel, et mesurer pg pour une concentration de 1 M.

III - Potentiel normal apparent: diagramme potentiel-pH
	Le potentiel normal d’une solution est le potentiel d’un couple dont les activités de la formes oxydée et de la forme réduite sont telles que (Ox)nox/(Red)nred=1. Dans le cas où les ions hydronium interviennent dans la demi-équation, ce potentiel dépend du pH.
	On va illustrer ce fait dans le cas du couple Quinone-Hydroqinone, rapide sur platine:
		Q + 2 e- + 2 H+ = H2Q	avec	E=E°-0,06 pH

	On trace le diagramme en utilisant des solutions de pH donné. On mesure E et pH. On n’oublie pas de corriger le potentiel de l’E.C.S. et on mesure E) et la pente.

Conclusion générale
	On vient de montrer la notion de potentiel et de potentiel standard d’un couple redox. On s’est limité à des expériences analytiques mais la notion de potentiel sert dans de nombreux domaines de la chimie, comme la réalisation de piles fonctionnelles (celle qu’on a construite était purement démonstrative, la résistance interne étant beaucoup trop grande). On s’est également placé dans le domaine de stabilité thermodynamique de l’eau, pour éviter tous les phénomènes cinétiques lesquels sont pourtant d’une importance capitale, par exemple dans les électrolyses ou l’analyse et la protection contre la corrosion.

D - Bibliographie

¨ Fascicule de TP de P. Lalanne.
Potentiel d’une solution: application à un dosage
	On va étudier maintenant une solution où il y a plusieurs couples redox dans la solution. On se place dans le domaine de stabilité thermodynamiqure de l’eau. Ainsi le potentiel des divers couples en présence est fixé: il s’agit du potentiel de la solution, qui dépend de la quantité des espèces actives en présence. On peut alors faire un dosage par suivi potentiométrique.
	Expérimentalement on dose une solution 10-2 M en I2 et en KI par une solution 10-2 M de thiosulfate de sodium.
	I3-aq + 2 S2O32-aq = 3 I-aq + S4O62-aq

	On a:
       et       

	D’où, comme à la demi-équivalence 3[I3-]=[I-] et à la double équivalence, 2[S4O62-]=[S2O32-], alors:

a/ matériel
	¨ 1 poste de titrage complet d’oxydo-réduction			

b/ Produits
	¨ Solutions 10-2 M de:
		¨ KI3 (0,01 M en I2 et en KI)				
		¨ Na2SO3						
	¨ Empois d’amidon “frais”