Etudier l'oxydoreduction de l'acide chlorhydrique et du cuivre Problème

On considère une solution d'acide chlorhydrique de volume 200 mL et de concentration 0,95 mol.L^-1dans laquelle on introduit 2,5 g de fer solide.

Donnée :

M_{Fe} = 55{,}8 g.mol^-1

Quels sont les différents couples oxydants/réducteurs susceptibles d'intervenir en considérant que le seul ion du fer est le fer II ?

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}/\ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} / \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H^{+}_{(aq)}}/\ce{H2_{(g)}}

\ce{Cu^{2+}_{(aq)}}/\ce{Cu_{(s)}}
\ce{Cl_{(aq)}} / \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H^{+}_{(aq)}}/\ce{H2_{(g)}}

\ce{Fe^{3+}_{(aq)}}/\ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} / \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
\ce{H^{+}_{(aq)}}/\ce{H2_{(g)}}

\ce{Fe_{(s)}} / \ce{Fe^{2+}_{(aq)}}
\ce{Cl^{-}_{(aq)}} / \ce{Cl2_{(aq)}}
\ce{H_{(g)}} / \ce{H^{+}_{(aq)}}

Quelles sont les demi-équations électroniques associées ?

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}= \ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} =2 \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
2\ce{H^{+}_{(aq)}}= 2\ce{H2_{(g)}}

\ce{Fe^{2+}}+ 2 e^{-} = \ce{Fe}
\ce{Cl2} +2 e^{-}=2 \ce{Cl^{-}}
2\ce{H^{+}}+ 2 e^{-} = 2\ce{H2}

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}= \ce{Fe_{(s)}} + 2 e^{-}
\ce{Cl2_{(aq)}} =2 \ce{Cl^{-}_{(aq)}} +2 e^{-}
2\ce{H^{+}_{(aq)}} = 2\ce{H2_{(g)}} + 2 e^{-}

\ce{Fe^{2+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{Fe_{(s)}}
\ce{Cl2_{(aq)}} +2 e^{-}=2 \ce{Cl^{-}_{(aq)}}
2\ce{H^{+}_{(aq)}}+ 2 e^{-} = \ce{H2_{(g)}}

La solution se colorant en vert, quelle est la réaction qui a lieu ?

\ce{Cl2_{(aq)}} + 2\ce{H^{+}_{(aq)}} \ce{->} \ce{H2_{(g)}} + 2\ce{Cl^{-}_{(aq)}}

2\ce{Fe_{(s)}} + 6 \ce{H^{+}_{(aq)}} \ce{->} 3\ce{H2_{(g)}} + 2\ce{Fe^{3+}_{(aq)}}

\ce{Fe_{(s)}} + 2 \ce{H^{+}_{(aq)}} \ce{->} \ce{H2_{(g)}} + \ce{Fe^{2+}_{(aq)}}

\ce{H2_{(g)}} + \ce{Fe^{2+}_{(aq)}} \ce{->} \ce{Fe_{(s)}} + 2 \ce{H^{+}_{(aq)}}

Sachant que la réaction est totale, quelles sont les quantités de matières des réactifs et des produits en fin de réaction ?

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) = 1{,}0\times 10^{-1} mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 4{,}5 \times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) = 4{,}5\times 10^{-2} mol

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) = 5{,}4\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 2{,}5\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) = 2{,}5\times 10^{-2} mol

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) = 1{,}0\times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 1{,}1\times 10^{-1} mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) = 1{,}1\times 10^{-1} mol

n_{f}\left(\ce{H^{+}}\right) = 1{,}45\times 10^{-1} mol
n_{f}\left(\ce{Fe}\right) = 0 mol
n_{f}\left(\ce{H2}\right) = 9{,}0 \times 10^{-2} mol
n_{f}\left(\ce{{Fe^{2+}}}\right) = 9{,}0\times 10^{-2} mol