Fonctionnement d'une pile aluminium-fer

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nectarine45
Publié le 10 mars 2010 il y a 4A Fin › 12 mars 2010 4A
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SUJET DU DEVOIR

On considère une pile alu-fer contenant les couples Al3+(aq)/Al(s) et Fe2+(aq)/Fe(s). Les béchers dans lesquels sont placées les électrodes contiennent 50mL de solutions électrolytiques de concentrations initiales en ions métalliques identiques et égales à 0,50 mol.L-1. La f.e.m de la pile vaut E=1,22 V.
On donne les constantes d'équilibre suivantes : la réaction entre les ions alu(III) et le fer a pour constante K1=1,0*10^(-122) ; la réaction entre les ions fer(II) et l'alu a pour constante K2=1,0*10^122.

1.Utiliser le critère d'évolution spontanée pour déterminer l'équation de la transformation qui se produit dans la pile.
2.a)En déduire les réactions aux électrodes.
b)Identifier l'anode et la cathode.

3.Dresser le tableau d'avancement de la transformation et calculer l'avancement atteint par celle-ci si tous les ions métalliques sont consommés.

4.En déduire la masse minimale de métal à utiliser pour atteindre cet état d'avancement.

5.La tension mesurée aux bornes de la pile branchée en série avec un conducteur ohmique de résistance R=10 ohm, est Upn=1,10 V.
a)Pourquoi n'obtient on pas Upn=E ?
b)Faire un schéma du circuit électrique. Calculer l'intensité du courant ds le circuit en appliquant la loi d'Ohm.
c)Si l'intensité du courant débité reste constante, pendant combien de temps la pile pourra-t-elle fonctionner jusqu'à usure totale ?

Données : M(al)=27g.mol-1 et 1F=9,65*10^4 C

OÙ J'EN SUIS DANS MON DEVOIR

1.J'ai trouvé : 2Al3+ + 3Fe = 2Al + 3Fe2+
Qr,i= [Fe2+]^3 i/[Al3+]^2 i mais je ne sais pas comment calculer ces concentrations et que fait-on des puissances ?
2.a)Formation d'alu à l'électrode d'alu et consommation de fer solide.
b)L'électrode d'aluminium est la cathode et l'électrode de fer est l'anode.

3.J'ai fait le tableau d'avancement mais calculer x revient à calculer n(Al3+) mais on ne connaît pas sa quantité de matière donc je ne sais pas comment faire.

4.Je n'arrive pas du coup à répondre à cette question.

5.a)On n'obtient pas Upn=E car la tension dans un circuit est toujours plus faible que l'énergie libérée.
b)I=0,11 A et pour le schéma du circuit il faut bien mettre un générateur, une pile et une résistance ?
c) Je ne sais pas quelle formule il faut utiliser et s'il en faut une.

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