1/Rédiger le protocole expérimental précis a mettre en oeuvre pour préparer 50,0 mL de la solution S a partir du sulfate d’aluminium en poudre. Quantité de matiere : 50,0 10-3*0,100 =5,00 10-3 mol. Masse a peser sur une balance de précision 5,00 10-3*342,15=1,71 g Verser le solide dans une fiole jaugée de 50,0 mL contenant un tiers d'eau distillée. Agiter jusqu'a dissolution complete. Compléter jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée. Agiter pour rendre homogene. Calculer les concentrations en quantité de matiere en ions aluminium Al**3+(aq) et en ion sulfate SO4**2–(aq) dans la solution S. [Al**3+(aq)]=2C=0,200 mol/L [SO4**2–(aq)]=3C=0,300 mol/L La pile est assemblée selon le schéma représenté ci-dessous. Pour déterminer la polarité de la pile ainsi constituée, un voltmetre est relié aux deux plaques métalliques. La borne COM du voltmetre est reliée a la plaque d’aluminium. Dans ces conditions, la tension mesurée aux bornes de la pile vaut U=0,92 V. etablir les équations modélisant les réactions aux électrodes lors du fonctionnement de la pile. En déduire que l’équation de la réaction modélisant le fonctionnement de la pile s’écrit 3Cu**2+(aq)+2Al(s)<>3Cu(s)+2Al**3+(aq) Oxydation de l'aluminium a l'anode négative : 2Al(s)-->2Al**3+(aq)+6e- Réduction de Cu2+aq a la cathode positive : 3Cu**2+(aq)+6e- --> 3Cu(s). Ajouter est simplifier : 3Cu**2+(aq)+2Al(s)<>3Cu(s)+2Al**3+(aq) La constante d’équilibre K associée a cette réaction a pour valeur K=10200, a 25 degre C. Montrer que la valeur initiale du quotient de réaction du systeme vaut Qr = 40. Conclure quant a l’évolution du systeme. Qr=[Al**3+(aq)]i**2/[Cu**2+(aq)]i**3 =(2C)**2/C**3=4/C=4/0,100=40 Qr << K, le systeme évolue dans le sens direct. Déterminer quel est le réactif limitant. Qunatité de matiere Cu**2+(aq): n1=0,050C=0,050*0,10=5,0**10-3 mol. Quantité de matiere Al(s) : n2=19,2/27=0,71 mol. n1/3~1,7*10**-3mol ; n2/2 ~0,35 mol, en exces. Les ions Cu**2+(aq) constituent le réactif limitant. Déterminer la capacité électrique Q de la pile du laboratoire, puis la comparer aux piles commerciales de type AA(2800mAh) Quantité de matiere d'électrons 2n1=1,0*10**-2 mol. Q=1,0*10**-2*96500=965C ou 965/3,6=268~2,7*10**2 mAh. Cette capacité est 10 fois plus faible que celle d'une pile de type AA. Identifier un paramètre de la composition de la pile de laboratoire qu’il faudrait faire évoluer pour augmenter la capacité électrique de la pile, en précisant comment ce paramètre doit évoluer. Justifier. En augmentant la concentration du réactif limitant Cu**2+(aq) (ou encore le volume V=50 mL), on augmente la quantité de matière d'électrons, donc la capacité de la pile.