\documentclass[10pt,a4paper]{article}

\usepackage{agrphy}

\title{LC23 Diagrammes potentiel-pH}
\date{\today}

\begin{document}

\titre{MONNET Benjamin}{}{}{}



\subsection*{Niveau : MPSI}

\begin{center}
\includegraphics[scale=
0.7]{Programme.PNG}
\end{center}



\subsection*{Commentaires du jury}




\subsection*{Bibliographie}
\begin{tabular}{@{\livre}p{0.48\linewidth} @{\ $\longrightarrow$ \ }p{0.48\linewidth}}
\textit{L'oxydo-réduction}, \textbf{Sarrazin}\footnotemark  & Intro \\
\textit{J'intègre MPSI}, \textbf{Fosset} & Cours \\
\textit{Electrochimie : des concepts aux applications}, \textbf{Miomandre} & bonne base \\
\textbf{BUP 770} & pour l'hydrometallurgie
\end{tabular}

\noindent
\begin{minipage}[t]{0.48\linewidth}



\subsection*{Prérequis}
\begin{itemize}[label=\ding{226}]
 \item 
\end{itemize}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.48\linewidth}
\subsection*{Expériences}
	\begin{itemize}[label=\Coffeecup]
	\item  
	\end{itemize}
\end{minipage}



\tableofcontents
\pagebreak




\section*{Introduction}
On a déjà parlé de réactions acido-basique et d'oxydo-réduction. Dans les deux cas, nous avons parlé de domaine de prédominance en 1D. En combinant les deux, on peut dont imaginer qu'il est possible de représenter des domaines de prédominance en 2D. On peut voir l'importance de tels graphiques avec la manip suivante :

\experience{Réaction F(II)/Fe(III) avec iode}{Sarrazin p127}{}{
En milieu acide :
\[
2Fe^{3+}+2I^- = I_2 + 2Fe^{2+}
\]
Donc on voit la couleur de $I_2$. Mais en milieu basique :
\[
2HO^- + 2 Fe(OH)_2 + I_2 = 2 Fe(OH)_3 + 2I^-
\]
Changement de couleur !
}


\section{Diagramme potentiel pH d'un élément}
\subsection{Lecture du diagramme}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.75]{Fer.PNG}
\end{center} 

\begin{itemize}
 \item Attribution des domaines : on classe les nombres d'oxydation en haut de bas (des potentiels les plus élevés aux potentiels les plus faibles). A nombre d'oxydation constant, on classe l'espèce la plus basique à gauche
 \begin{center}
 \includegraphics[scale=0.65]{Fer2.PNG}
 \end{center}
 \item Les zones de solides sont des zones d'existence (apparition du premier cristal à la frontière). Pour les ions, ce sont des domaines de prédominance
 \item Pour ce qui est des conditions à la frontière il en existe trois types, mais nous nous intéresserons au cas où toutes les concentrations sont les mêmes.
 \item On remarque que si on met du Fer(III) avec du Fer (O) on a une réaction ! Ca s'appelle une \textbf{médiamution} : réaction d'oxydorédaction entre deux éléments de n.o. différents pour donner un nouvel élément de n.o. intermédiaire
\end{itemize}

\subsection{Utilisation des frontières}
Une fois que l'on a un diagramme, on peut facilement retrouver diverses informations. On peut :

\begin{itemize}
 \item Retrouver le potentiel thermodynamique du couple $Fe^{+3}/Fe^{2+}$. Pour cela, on se place à la frontière. La formule de Nernst nous indique directement que l'on est au potentiel thermo donc on trouve $E^o(Fe^{+3}/Fe^{2+}) \approx 0.75 V$ (c'est 0.77V).
 \item Retrouver le pKs de $Fe(OH)_3$. Pour cela, on se place à la frontière car c'est là qu'apparait le premier solide. On a alors :
 \[
 Ks=[Fe^{3+}][HO^-]^3=10^{-2} \times \left( \frac{10^{-14}}{10^{-2.33}} \right)^3=10^{-37}
 \]
Donc on trouve pKs=37, ce qui est attendu.
 \item On peut faire de même pour trouver le pKa de $Fe(OH)_2/Fe^{2+}$
 \item On peut aussi retrouver la pente d'une frontière. Prenons l'exemple de la frontière $Fe/Fe(OH)_2$. La réaction entre les deux s'écrit $Fe +2H_2O = Fe(OH)_2 + 2H^+ +2e^-$. La relation de Nernst donne donc :
 \[
 E=E^o - 0.03 pH
 \]
\end{itemize}

\subsection{Stabilité d'un degré d'oxydation}
On voit sur le diagramme du fer que peu importe le pH que l'on choisit, on peut trouver un potentiel tel que l'on ait un des degrés d'oxydation possible. Regardons maintenant le cas du cuivre :

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{Cuivre.PNG}
\end{center}

On voit que le Cu(I) n'est stable que le le pH est supérieur à une certaine valeur ! En dessous de ce pH, la présence de Cu(I) est négligeable par rapport aux autres espèces. On a dismutation du Cu(I) lorsque le pH diminue. \textbf{Dismutation :} réaction d'oxydo-réduction entre une espèce d'un n.o. donné et lui même pour former deux autres espèces, une de n.o. supérieur et l'autre de n.o. inférieur


\section{Mélange de deux espèces}
\subsection{Corrosion}
La plupart des expériences ayant lieu en milieu aqueux, il est important de voir ce qu'il en est du diagramme de l'eau !

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{Fereau.PNG}
\end{center}

\important{Comme les diagrammes sont représentés à l'aide des potentiel de Nernst, ils ne reflètent que l'aspect thermodynamique !}

Le point crucial à retenir est : \textbf{deux espèces dont les domaiens sont disjoints réagissent ensemble.} Prenons l'exemple du Fer dans l'eau. On voit grâce au diagramme que  $E(Fe/Fe^{2+})<E(H_2/H^+)$, donc la réaction $Fe+2H^+=Fe^{2+}+H_2$ est quantitative !

\manip{du fer dans de l'eau ça fait des bulles ?}

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{Fereau2.PNG}
\end{center}

Possibilité de parler rapidement d'hydrométallurgie ici.

\subsection{Retour sur l'exemple introductif}
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{explication1.PNG}
\end{center}

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{explication2.PNG}
\end{center}

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{explication3.PNG}
\end{center}

\begin{center}
\includegraphics[scale=0.5]{explication4.PNG}
\end{center}

\subsection{Si y'a le temps : hydrometallurgie du zonc}
\begin{center}
\includegraphics[scale=1]{zinc.PNG}
\end{center}

On extrait dans le nature un minerai constitué de Blende ZnS que l'on transforme en ZnO en chauffant à haute température (1350 \degree C) avec du dioxygène. Le but est ensuite de réussir à récupérer le zinc en éliminant les impuretés, que l'on supposera être du fer ou du cuivre.
\begin{itemize}
 \item On réalise une lixiviation acide pour faire passer tous les oxydes sous forme ionique. On élimine les ions fer en se plaçant à pH=4 de telle sorte que le zinc est sous forme ionique mais pas le fer. On filtre. On parle de précipitation sélective
 \item On élimine les ions cuivre en utilisant un métal plus réducteur que le cuivre comme... le zinc !
 \[
 Cu^{2+}+Zn=Zn^{2+}+Cu
 \]
 et on filtre
 \item Il ne reste plus que des ions Zn$^{2+}$ que l'on oxyde avec de l'eau :
 \[
 2 Zn^{2+}+2H_2O=2Zn+4H^++O_2
 \]
\end{itemize}

\section{Conclusion}
On a vu ici que la thermo et pas la cinétique !

\section*{Questions}
\textbf{Interêt de doser le dioxygène de l'eau? En quoi $O_2$ est indicateur de la qualité d'une eau ? Une eau sans oxygène est signe de quoi (en matière de quantité de matière organique?}

\bigbreak
\textbf{Existe-t-il d'autres critères qui permettent de décrire la potabilité de l'eau en rapport avec l'oxygène? sans?}Lien avec $PbO_2$

\bigbreak
\textbf{Méthode de Winkler, pourquoi le récipient doit être bien fermé ? Par quelle loi est régie la dissolution du dioxygène ?}

\bigbreak
\textbf{Pourquoi se placer à pH basique?}

\bigbreak
\textbf{Pourquoi on agite longtemps?}
Le diagramme E-pH ne donne aucune info sur la cinétique de la réaction entre O2 et Mn(OH)2, qu'on peut supposer lente puisqu'il y a très peu de dioxygène dissous
\bigbreak
\textbf{Réaction entre les ions iodure et thiosulfate?}

\bigbreak
\textbf{Pourquoi on ajoute l'empois d'amidon à la fin du titrage? Comment ça marche?}

\bigbreak
\textbf{D'où vient le mot "empois" d'amidon?}

\bigbreak
\textbf{Comment gérer les déchets à la fin du titrage du dioxygène?}

\bigbreak
\textbf{Qui est le responsable légal du traitement des déchets dans un lycée?}
Le chef d'établissement.
\bigbreak
\textbf{Quand peut-on faire la méthode de Winkler au lycée?}
EN TS spé physique, mais ça reste difficile à exploiter pour un lycéen.
\bigbreak
\textbf{Pourquoi on met toujours MnO4- dans la burette?}
Sinon médiamutation
\bigbreak
\textbf{Qu’est-ce que les pluies acides ? Quels gaz en sont la cause ?
Pouvez-vous écrire l’équation de formation des pluies acides ?}

\bigbreak
\textbf{Quel est le gaz qui s’est formé quand vous avez
plongé le clou dans l’acide nitrique ?}

\bigbreak
\textbf{Où se trouve le domaine de corrosion dans le diagramme (E, pH)
du fer ?}

\bigbreak
\textbf{Pourquoi une solution d’ions fer II n’est pas stable ?}

\bigbreak
\textbf{Pouvez-vous me donner le nombre d’oxydation du
soufre dans l’ion thiosulfate ?}

\bigbreak
\textbf{Qu’est-ce que le degré chlorométrique d’une eau de Javel ?}

\bigbreak
\textbf{Qu’est-ce qu’on trouve aujourd’hui comme indication en composition sur les bouteilles d’eau de Javel ?}

\bigbreak
\textbf{La réaction entre le diiode et les ions hypochlorite est-elle rapide ? Comment le savoir ? Si elle est lente, faites-vous
une erreur par défaut ou par excès sur le degré chlorométrique ?}

\bigbreak
\textbf{A quelle autre constante
pourrait-on remonter à partir du diagramme E,pH du manganèse (constante de formation d’un complexe) ?
Pouvez-vous le faire ?}

\bigbreak
\textbf{Dosage Winkler : on peut dire que le taux de O2 est faible ou pas ? Comment la solubilité évolue avec
la température ? Comment le voit-on expérimentalement ? Le dosage de O2 par la méthode de Winckler est-il
toujours d’actualité ?}

\bigbreak
\textbf{Diagramme du fer : Comment le diagramme évolue si la concentration de tracé C0 diminue ? Ok pour le E et
pour les pKs ? Et pour les pentes ?}

\bigbreak
\textbf{Diagramme du manganèse : on connaît le MnO4- pourtant on le voit pas sur le diagramme pourquoi ?
(dismutation)}

\bigbreak
\textbf{Retour sur l’hydrométallurgie du zinc,
quelques précisions, comme les étapes qui précèdent celles de lixiviation et de cémentation.}

\bigbreak
\textbf{Qu’est ce que le thiodène ?}

\bigbreak
\textbf{Comment marche le papier
pH ?}

\bigbreak
\textbf{}

\bigbreak
\textbf{Pourquoi faire des transparents pour la première manip ?}
Pratique, mais de moins en moins utilisé au lycée
\bigbreak
\textbf{Partage du diidode ? Comment savoir qu'il y en a dans la phase organique ? En phase aqueuse ? Les autres espèces peuvent-elles être en milieu organique ?}
Outil = couleur, théorique = coefficient de partage, Fe3+ = chargé et FeOHx polaire donc mieux solubilisé par l'eau.
\bigbreak
\textbf{Problème dans les prérequis ?}
Pas le droit de mettre la construction des diagrammes E-pH, plus au programme.
\bigbreak
\textbf{C=0.1mol/L, qu'est-ce que c'est ? Qu'est ce que ça change si on prend C=0.01? Quelles sont les droites qui changerait ?}
Conventions de tracé, \textbf{Regarder ce que fait chimgéné}, l'expliquer.\\
Non\\
Les droites avec le solide qui a une activité de 1 qui ne compense pas la convention de tracé
\bigbreak
\textbf{Zones particulières en hydromérallurgie ?}
Passivation, corrosion, immunité.
\bigbreak
\textbf{Stabilité propre : Cas du fer ?}
A pH=10 Fe2+ pas stable.
\bigbreak
\textbf{Thiodène : Qu'est-ce ? autre indicateur ?}
thiodène = empoi d'amidon + urée
\bigbreak
\textbf{Peut-on faire la méthode de Winkler en TP ?}

\bigbreak
\textbf{Intéret de la Flexcam ? }
Car diagrammes pas dans Chimgene, question à se poser : est-ce que les élèves possèdent le livre.
\bigbreak
\textbf{Calcul du Ks ?}
Parler en pKs, l'écart est moins grand.
\bigbreak
\textbf{Diagramme E-pH = thermo : En une phrase ?}
Construits sur Nernst = Thermo, ne pas dire réaction "spontanée", mais dire plutôt réaction thermodynamiquement favorable.

\section*{Remarques}
\begin{itemize}
 \item
\end{itemize}




\end{document}
