Chapitre 4 | Terminale STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et les équilibrages sont notés. Données : \(F = 96\,500\ \text{C·mol}^{-1}\), \(M(\text{Zn}) = 65{,}4\ \text{g·mol}^{-1}\), \(M(\text{Al}) = 27{,}0\ \text{g·mol}^{-1}\).
1. Déterminer le nombre d'oxydation de : (a) le soufre dans \(\text{SO}_4^{2-}\) ; (b) l'azote dans \(\text{NO}_2^-\) ; (c) le manganèse dans \(\text{Mn}^{2+}\). (3 pts)
2. Dans la réaction \(\ \text{Sn}^{2+} + 2\,\text{Fe}^{3+} \longrightarrow \text{Sn}^{4+} + 2\,\text{Fe}^{2+}\), identifier l'oxydant et le réducteur en justifiant par les variations de n.o. (2 pts)
3. Écrire, en milieu acide, la demi-équation électronique du couple \(\text{IO}_3^-/\text{I}_2\) (l'iode passe de \(+\text{V}\) à \(0\), pour \(2\,\text{IO}_3^-\) donnant \(1\,\text{I}_2\)). (2 pts)
1. (a) \(x + 4\times(-2) = -2 \Rightarrow x = +6\) → S au \(+\text{VI}\). (b) \(x + 2\times(-2) = -1 \Rightarrow x = +3\) → N au \(+\text{III}\). (c) ion monoatomique → \(+\text{II}\). (1 pt chacun)
2. Étain : \(+\text{II} \to +\text{IV}\) (augmente) → réducteur \(\text{Sn}^{2+}\). Fer : \(+\text{III} \to +\text{II}\) (diminue) → oxydant \(\text{Fe}^{3+}\).
3. I : \(2\,\text{IO}_3^- \rightleftharpoons \text{I}_2\). O : 6 à gauche → \(6\,\text{H}_2\text{O}\) à droite. H : 12 à droite → \(12\,\text{H}^+\) à gauche. Charges : gauche \((-2)+12 = +10\), droite \(0\) → \(10\,\text{e}^-\) à gauche.
On réalise la pile Daniell : demi-pile \(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}\) à gauche, demi-pile \(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}\) à droite, reliées par un pont salin. Le voltmètre indique une tension positive lorsque sa borne + est reliée au cuivre.
1. Quel est le pôle + de la pile ? En déduire quelle électrode est l'anode et laquelle est la cathode. (2 pts)
2. Écrire la demi-équation à chaque électrode (oxydation / réduction) puis l'équation de fonctionnement de la pile. (2 pts)
3. Indiquer le sens de circulation des électrons dans le fil, du courant, et des ions dans le pont salin. Quel est le rôle du pont salin ? (2 pts)
4. L'électrode de zinc (limitante) a une masse initiale \(m = 0{,}654\ \text{g}\). Calculer \(n(\text{Zn})\), \(n(\text{e}^-)\), puis la quantité d'électricité \(Q\) que la pile peut débiter. (2 pts)
1. Le cuivre est le pôle + → électrode de cuivre = cathode (réduction). Électrode de zinc = pôle − = anode (oxydation).
2. Anode (−) : \(\text{Zn} \rightleftharpoons \text{Zn}^{2+} + 2\,\text{e}^-\). Cathode (+) : \(\text{Cu}^{2+} + 2\,\text{e}^- \rightleftharpoons \text{Cu}\). Équation globale :
3. Électrons dans le fil : de l'anode (zinc, −) vers la cathode (cuivre, +). Courant \(I\) : sens inverse (du cuivre vers le zinc à l'extérieur). Dans le pont salin : cations vers la cathode (cuivre), anions vers l'anode (zinc). Rôle : assurer la neutralité électrique des solutions et fermer le circuit.
4. \(n(\text{Zn}) = \dfrac{0{,}654}{65{,}4} = 0{,}0100\ \text{mol}\). \(n(\text{e}^-) = 2\times 0{,}0100 = 0{,}0200\ \text{mol}\). \(Q = 0{,}0200\times 96\,500 = 1{,}93\times 10^{3}\ \text{C}\).
1. Citer deux oxydants gazeux et deux espèces aqueuses souvent utilisées comme oxydants, avec leur formule. (2 pts)
2. En solution acide, le diiode \(\text{I}_2\) oxyde le dioxyde de soufre dissous ; on donne les demi-équations :
\(\text{I}_2 + 2\,\text{e}^- \rightleftharpoons 2\,\text{I}^-\) ; \(\text{SO}_4^{2-} + 4\,\text{H}^+ + 2\,\text{e}^- \rightleftharpoons \text{SO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\)
Écrire l'équation de la réaction d'oxydo-réduction (le \(\text{SO}_2\) est oxydé en \(\text{SO}_4^{2-}\)) et vérifier la conservation des charges. (3 pts)
1. Oxydants gazeux : \(\text{O}_2\), \(\text{Cl}_2\). Oxydants aqueux : diiode \(\text{I}_2\), eau oxygénée \(\text{H}_2\text{O}_2\) (on accepte aussi \(\text{MnO}_4^-\)).
2. Réduction : \(\text{I}_2 + 2\,\text{e}^- \rightleftharpoons 2\,\text{I}^-\). Oxydation (demi-équation inversée) : \(\text{SO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{SO}_4^{2-} + 4\,\text{H}^+ + 2\,\text{e}^-\). 2 électrons de chaque côté → somme :
Charges : gauche \(0\) ; droite \((2\times{-1}) + (-2) + (4\times{+1}) = -2 -2 +4 = 0\). Équilibrée.