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La tension globale d’une pile au mercure est de plus 1,35 V. Considérons le potentiel d’électrode suivant : HgO solide plus H2O liquide plus deux électrons réagissent pour former Hg liquide plus deux OH moins aqueux. 𝐸 est égal à plus 0,0977 volt. Quel doit être le potentiel de réduction de l’autre électrode de la cellule ? Donnez votre réponse à quatre décimales près.
Une pile au mercure est un exemple de cellule galvanique primaire. Le terme « primaire » indique que cette pile est conçue pour être utilisée puis jetée lorsqu'elle est épuisée. Elle ne peut pas être rechargée. Une cellule galvanique est un type de cellule électrochimique qui produit de l’énergie électrique à partir d’énergie chimique en utilisant des électrons générés par une réaction d'oxydoréduction spontanée. Un exemple que vous connaissez peut-être est la pile.
Cette question porte sur une pile au mercure utilisée dans des appareils, comme les équipements de photographie. Les piles au mercure sont constituées de zinc et d’oxyde de mercure(II), HgO. L’oxydation se produit à l’anode, qui est le zinc, et la réduction se produit à la cathode, qui est l’oxyde de mercure(II), mélangé avec un peu de graphite. L'équation donnée dans la question représente le processus de réduction que subit l'oxyde de mercure(II). Les électrons circulent de l'anode, l'électrode négative, à travers l'électrolyte, et reviennent à la cathode, l'électrode positive.
Une solution d'hydroxyde de potassium entre l'anode et la cathode fonctionne comme un pont salin. Elle permet au courant de circuler en complétant le circuit, mais maintient les différents produits chimiques séparés aux bornes. Une valeur de potentiel de réduction élevée ou plus positive indique une plus grande tendance à la réduction et est donc associée à la cathode.
Nous savons que l’oxyde de mercure(II) est la cathode. Et donc, nous pouvons prédire que le potentiel de réduction de l’électrode de zinc, l’anode, sera inférieur à la valeur positive de 0,0977 volt du mercure. Une valeur de potentiel de réduction faible ou plus négative indique une faible tendance à la réduction et est donc associée à l’anode.
Calculons maintenant le potentiel de réduction du zinc et confirmons cela. Nous pouvons utiliser l’équation suivante avec ces deux valeurs pour calculer le potentiel de réduction de l’électrode de zinc. 𝐸 cellule est égale à 𝐸 cathode moins 𝐸 anode. Comme la demi-cellule de mercure est la cathode dans les piles au mercure courantes, nous pouvons remplacer ici le potentiel de réduction de cette électrode. Et nous pouvons remplacer le potentiel de cellule 𝐸 cellule par sa valeur. En calculant, nous obtenons une valeur de moins 1,2523 volt, qui est la valeur de 𝐸 anode.
Enfin, quel est le potentiel de réduction de l'autre électrode à quatre décimales près ? La réponse est moins 1,2523 volt.
