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En utilisant les potentiels d’électrode standard indiqués dans le tableau, calculez, au millième près, le potentiel de la cellule électrochimique suivante.
Dans une cellule électrochimique, les électrons sont générés par une réaction redox. La réaction redox peut se produire de manière spontanée ou non. Si elle se produit spontanément, la cellule est une cellule galvanique. La cellule de cette question est une cellule galvanique. Pour l’instant, nous pouvons prendre cela comme un fait, mais nous pourrons le confirmer en calculant le potentiel de la cellule, car le potentiel de cellule est positif si la réaction se produit spontanément.
Les cellules galvaniques sont constituées de deux demi-cellules connectées par un fil et un pont salin. Dans une demi-cellule, une oxydation a lieu. Elle produit des électrons dans la cellule, ce qui en fera l’électrode négative. Nous appelons cette électrode l’anode. Les électrons produits à l’anode migrent à travers le circuit externe vers l’autre demi-cellule. Ces électrons seront utilisés dans la réaction de réduction. Comme les électrons sont consommés dans cette demi-cellule, c’est l’électrode positive, que nous appelons la cathode.
Pour représenter de manière pratique une cellule électrochimique, nous pouvons utiliser la représentation conventionnelle de la cellule. Dans cette notation, nous avons les informations sur l’anode à gauche et les informations sur la cathode à droite. La double ligne verticale représente le pont salin. La ligne unique représente une limite de phase, dans ce cas entre les électrodes métalliques solides et une solution contenant des ions. Ainsi, la cellule pourrait ressembler à ceci. Comme le cadmium est l’anode, le cadmium métallique sera oxydé, perdant deux électrons pour former des ions cadmium deux plus. Le nickel est la cathode. Ainsi, les ions nickel deux plus seront réduits, gagnant deux électrons pour former du nickel solide.
Nous devons calculer le potentiel de cellule en utilisant les potentiels standard d’électrode. Les potentiels standards d’électrode nous indiquent la différence de potentiel entre l’électrode standard à hydrogène et une demi-cellule dans des conditions standard définies, à savoir des concentrations en solution d’une mole par litre, les pressions des gaz d’une atmosphère et les températures de 25 degrés Celsius. Les potentiels standards d’électrode nous indiquent la tendance d’une demi-cellule à accepter des électrons. Un potentiel standard d’électrode plus positif indique une plus grande tendance à accepter des électrons.
Puisque la réduction implique le gain d’électrons, il est plus probable que les demi-cellules avec un potentiel standard d’électrode plus élevé soient réduites. Nous pouvons voir que la demi-cellule de nickel a un potentiel standard d’électrode plus positif que le potentiel standard d’électrode de la demi-cellule de cadmium. Il est donc logique que le nickel soit la cathode de cette cellule et que le cadmium soit l’anode.
Nous pouvons calculer le potentiel de la cellule si nous soustrayons le potentiel standard d’électrode de l’anode du potentiel standard d’électrode de la cathode. Pour utiliser cette formule, les deux potentiels standards d’électrode doivent être écrits suivant la demi-équation de réduction, ce qui est le cas pour ces potentiels d’électrode standard. Nous pourrions également voir cette équation, pour le potentiel de la cellule, écrite de cette façon, où nous ajoutons le potentiel standard d’électrode pour l’anode, qui est suivant l’oxydation. Mais ces deux équations sont égales puisque le potentiel standard d’électrode pour la réduction est le même que le potentiel standard d’électrode pour l’oxydation, juste avec le signe opposé.
Maintenant, calculons le potentiel de cellule pour la cellule de cette question. Comme nous l’avons discuté, le nickel est la cathode. Le potentiel standard d’électrode pour la demi-cellule de nickel est moins 0,257 volts. Le cadmium est l’anode, son potentiel standard d’électrode est moins 0,4030 volts. En effectuant le calcul, on obtient 0,146 volt, cette valeur positive est déjà arrondie au millième près. Comme nous pouvons le voir, le potentiel de la cellule est positif. Ainsi, la réaction redox dans cette cellule électrochimique se produirait spontanément.
Ainsi, en utilisant les potentiels standards d’électrode pour la cellule au cadmium et au nickel, nous avons calculé que le potentiel de la cellule était positif et égal à 0,146 volt.
