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La figure suivante décrit une cellule galvanique. La cellule contient une anode en cuivre et une cathode en argent. Quels symboles doivent remplacer les cases un à quatre ? (A) NO3−, K+, électron, électron (B) K+, NO3−, électron, électron (C) K+, NO3−, K+, NO3− (D) Électron, NO3−, K+, NO3− (E) Électron, électron, K+, NO3−
Dans cette question, nous voulons déterminer les symboles qui doivent remplacer les cases dans la cellule galvanique illustrée.
Une cellule galvanique est un type de cellule électrochimique dans laquelle des électrons sont générés spontanément par une réaction redox. Dans une cellule galvanique, l’énergie chimique est convertie en énergie électrique. Ces électrons passent à travers un circuit externe, qui est le fil électrique. Puisque les électrons se déplacent dans le fil, nous pouvons immédiatement légender les cases trois et quatre comme étant des électrons. Et nous pouvons donc voir que seuls les choix de réponse (A) et (B) sont des réponses plausibles, car ils mentionnent des électrons pour les cases trois et quatre. Par conséquent, nous pouvons éliminer les réponses (C), (D) et (E).
Pour compléter le circuit, les ions se déplacent dans les béchers et dans le pont salin. Les tiges de cuivre et d’argent s’appellent des électrodes. Une électrode est un conducteur utilisé pour transférer le courant électrique vers et depuis une section non métallique d’un circuit, dans ce cas les solutions ioniques. On nous dit que l’électrode en cuivre est l’anode et que l’électrode en argent est la cathode. L’anode, c’est l’endroit où se produit l’oxydation et c’est l’électrode négative. La cathode, c’est là où se produit la réduction et c’est l’électrode positive.
Les charges positives et négatives des électrodes dans une cellule galvanique dépendent de la facilité avec laquelle une substance métallique peut gagner des électrons et être réduite, ce qui nous donne des valeurs pour le potentiel de réduction standard de diverses substances chimiques. Dans ce cas, nous n’avons pas les valeurs pour le cuivre et l’argent. Nous ne sommes donc pas en mesure de comparer leurs valeurs respectives. Cependant, nous avons des flèches sur la figure indiquant le sens du flux d’électrons.
À cause de la répulsion électrostatique, les électrons vont s’éloigner de l’électrode la plus négative. Et l’oxydation va se produire au fur et à mesure que les électrons seront perdus. À mesure que les électrons sont perdus, les ions Cu2+ quittent l’anode et passent en solution, ce qui donne cette demi-équation d’oxydation. En raison de l’attraction électrostatique, les électrons chargés négativement se déplaçant dans le fil sont attirés vers la cathode chargée positivement. Les ions Ag+ en solution peuvent se combiner aux électrons entrants pour former des atomes du métal argent selon cette demi-équation de réduction.
La solution électrolytique dans le pont salin est du nitrate de potassium aqueux, qui contient des ions potassium et des ions nitrate. Lorsque les électrons se déplacent dans le circuit, la concentration des ions cuivre deux plus dans le bécher de la demi-cellule anodique tire ou attire les ions nitrate chargés négativement vers le bécher de gauche. Donc la légende numéro un doit être NO3−. Et à mesure que la concentration des ions argent plus diminue avec le temps dans le bécher de la demi-cellule cathodique, donc le bécher de droite, les ions potassium chargés positivement sont attirés depuis le pont salin dans le bécher de droite. Donc, la deuxième légende doit être K+.
Les symboles corrects des légendes correspondent au choix de réponse (A) et non au (B). Enfin, quels symboles doivent remplacer les cases un à quatre ? La réponse est (A) NO3−, K+, électron, électron.
