SOS physique-chimie

Une plaque d'acier peut être protégée contre le corrosion en la recouvrant par une fine couche de nickel métallique , Ni (s).
Le dépôt peut être réalisé par électrolyse ou par réaction chimique comme le propose cet énoncé.
Le dépôt de nickel se fait par réduction des ions nickel (II) Ni2+, par les ions hypophosphite H2PO2- (aq), ceux ci étant oxydés en ion dihydrogénophosphate H2PO4-(aq).
Les deux faces et les quatre bords de la plaque P ont une surface totale de S=425 cm².

Le nickelage est effectué à 25°C en plongeant, le temps nécessaire, la plaque d'acier dans une solution de volume V0=3,00L d'une solution de chlorure de nickel (II), Ni2+ + 2Cl-(aq) à la concentration C en ions nickel (II) et d'hypophosphite de sodium, Na+ (aq) + H2PO2- (aq) à la concentration C' en ions hypophospite.
On souhaite réaliser un dépôt d'une épaisseur e(Ni) = 0,100 mm

DONNÉES :
Masse volumique du nickel (Ni): =8,92 g.cm-3
Solubilité à 25°C du chlorure de nickel : 2,32 mol.L-1
Solubilité à 25°C de l'hypophosphite de sodium : 2,24 mol.L-1

QUELLES DOIVENT ÊTRE LES VALEURS DE C ET C' POUR RÉALISER CE NICKELAGE?


Bonsoir,

Volume de la plaque:
V=4,25m3

masse du nickel:
m=MV X V
m=37,91 g

Quantité de nickel:
n=m/M
n=37,91/58/71=0,646 mol

Concentration molaire C:
C=n/v
0,215 mol/litre

Je sais que Fe → Fe2+ + 2e et Ni2+ + 2e- → Ni
Mais comment trouver la concentration molaire c'???

Merci pour votre aide

Sylvia

Bonjour Sylvia.
Il y a bien dépôt de nickel sur le fer c-à-d réduction des ions nickel \({ Ni }^{ 2+ }+\quad 2\quad { e }^{ - }\quad \rightarrow \quad Ni\) ; il n'y a pas oxydation du fer comme vous le supposé (heureusement puisqu'il s'agit de protéger le fer de l'oxydation).
L'énoncé indique qu'il y a oxydation des ions hypophosphite H2PO2- (aq) en ion dihydrogénophosphate H2PO4-(aq).
Vous devez écrire cette équation électrochimique.
Et ensuite écrire l'équation "globale" correspond à l'oxydoréduction en additionnant les deux équations précédentes en n'oubliant pas d'équilibre le transfert des électrons.
Le calcul du volume de la plaque ne sert à rien, et d'ailleurs vous n'avez aucun moyen de le calculer.
Vous devez calculez le volume du nickel déposé ; pour cela vous multipliez la surface de la plaque d'acier par l'épaisseur de la couche de nickel qu'il faut déposer.
\(V=425\quad { cm }^{ 2 }\quad \times \quad 0,100\quad mm\) Attention convertir l'épaisseur en cm afin d'avoir un volume en \({ cm }^{ 3 }\).
Ensuite vous déduisez la masse du dépôt de nickel à l'aide de la masse volumique en \({ 8,92\quad g/cm }^{ 3 }\). La masse sera donc en g.
Vous en déduisez la quantité de matière du dépôt de nickel.
Ensuite à l'aide de l'équation de l'oxydoréduction vous en répondez à la question sur les concentrations.

Bonjour,

Donc,

Volume de nickel:
V=4,25 cm3

masse du nickel:
m=MV X V
m=37,91 g

Quantité de nickel:
n=m/M
n=37,91/58/71=0,646 mol

Concentration molaire C:
C=n/v
0,215 mol/litre

Mon problème, c'est l'équation chimique.
Mon livre indique un résultat intermédiaire qui est l'équation suivante:
3 NaH2PO2 + NiCl2 + 3 H2O =======> Ni + 3 NaH2PO3 + 2 HCl + 2 H2 .

mais je n'ai pas d'explication et ne n'arrive pas à comprendre comment on peut arriver à ce résultat :

Merci pour votre aide

Sylvia

Bon, Sylvia : OK pour la quantité de matière de nickel nécessaire 0,646 mol.
Vous pouvez donc en déduire la quantité de matière (minimale) de l'ion nickel qu'il fallait introduire dans la solution.
En effet l'équation de la réduction \({ Ni }^{ 2+ }+2{ e }^{ - }\rightarrow Ni\) montre que pour déposer 0,646 mol de Ni il est nécessaire de consommer 0,646 mol d'ion nickel.
Comme le volume de la solution est de 3,00 L on arrive bien à 0,215 mol/L.
Pour la suite vous devez écrire l'équation de l'oxydation des ions hypophosphite H2PO2- (aq) en ion dihydrogénophosphate H2PO4-(aq).
Comment y arriver ? Vous devez connaitre la méthode pour écrire ces équations en milieu acide. Il faut absolument que vous sachiez le faire.
On commence par écrire les espèces chimiques qui subissent la transformation (ici l'oxydation)
\({ H }_{ 2 }P{ O }_{ 2 }^{ - }\quad +\quad ?\rightarrow { H }_{ 2 }P{ O }_{ 4 }^{ - }\quad +\quad ?\)
En suite on équilibre l'élément O en rajoutant (du bon côté) des molécules d'eau \({ H }_{ 2 }O\).
Quand c'est fait on équilibre l'élément H en rajoutant des ions hydrogène \({ H }^{ + }\), encore une fois du bon côté.
Quand ceci est fait on ajoute des électrons \({ e }^{ - }\) afin que les charges électriques de part et d'autre de la flèche soient les mêmes.

Lorsque vous aurez obtenu cette équation décrivant l'oxydation qui accompagne la réduction des ions nickel. Pour obtenir l'équation décrivant l'équation d'oxydoréduction il faut faire la somme membre à membre de ces deux équations en ajustant le transfert des électrons : il faut qu'il y ait autant d'électrons fournis par l'oxydation que d'électrons utilisés par la réduction.
Vous aurez enfin l'équation de l'oxydoréduction.
Grace à cette équation vous pourrez déterminer la quantité de matière des ions hypophosphite H2PO2- afin de réduire 0,646 mol d'ions nickel.

Bonjour,

Voilà ou j'en suis:

Equation de l'oxydation :
H2PO\(2^{-}\)+H2O →H2PO\(4^{-}\)+2\(H^{+}\)+2\(e^{-}\)
Equation de la réduction:
NI\(2^{+}\)+2\(e^{-}\) →NI

l'équation de l'oxydoréduction:
H2PO\(2^{-}\)+H2O+NI\(2^{+}\) →H2PO\(4^{-}\)+2\(H^{+}\)+NI ???


Merci

Bonjour,

je prends la suite de mon collègue.

Vous vous trompez en écrivant la transformation de Ni+(aq) en Ni(s) : vous introduisez du Ni2, qui représente une molécule de "dinickel" qui n'existe pas. Pour équilibrer les équations, je vous rappelle que vous pouvez ajuster les coefficients stœchiométriques (ceux devant les espèces chimiques), mais pas les indice à l'intérieur d'une espèce chimique, sinon, vous modifiez l'espèce chimique qui intervient dans la réaction. Comprenez vous ?

Je m'aperçois en fait que le problème est plus matériel qu'autre chose : au lieu d'apparaître sous forme d'exposant, le 2 de la charge électrique apparaît sous forme d'indice dans votre message. Oubliez donc ma remarque précédente.

Le problème se trouve plutôt dans votre première équation, transformation de H2PO2- en H2PO4- qui n'est pas équilibrée. Comptez par exemple le nombre d'oxygène de part et d'autre de la flèche...

Reprenez alors la méthode indiquée par mon collègue pour équilibrer cette transformation :

1 ) Equilibrer tous les éléments autres que O et H en ajustant les coefficients stoechiométriques
2 ) Equilibrer les O en rajoutant du H2O
3 ) Equilibrer les H en rajoutant du H+
4 ) Equilibrer les charges électriques en rajoutant des e-

Bonsoir,

Equation de la réduction:
\(Ni^{2+}\) + \(2^{e-}\) → Ni

Equation de l'oxydation :
\(2H2PO2^{-\)→\(H2PO4^{-}\)+ \(2H^{+}\)+ \(2e^{-}\)

l'équation de l'oxydoréduction:
\(2H2PO2^{-}\)+\(Ni^{2+}\) → \(Ni^{}\) + \(H2PO4^{-}\)+\(2H^{+}\)

Cela m'a l'air correct?

Merci

Non, car pour l'oxydation, vous avez 2 phosphore à gauche, et 1 seul à droite. Cette équation n'est donc pas équilibrée. Pourquoi avez vous mis un 2 devant H2PO2- ?

Bonjour,

Désolé, une étourderie de ma part!

Equation de l'oxydation :
\(H2PO2^{-}\)+\(2H2O^{}\)+\(4e^{-}\) → \(H2PO4^{-}\)+\(4H^{+}\) ???

Merci

Bonjour,

Désolée, une étourderie de ma part.

Equation de la réduction:
\(H2P02^{-}\)+\(2H2O^{}\)+\(2e^{-}\) → \(H2PO4^{-}\)+\(4H^{+}\) ???

Merci pour votre aide

Oui, mais pour équilibrer les charges électriques, les électrons ne doivent pas de ce côté là de la flèche. Vous y êtes presque.

Bonsoir

Désolée, c'est un peu laborieux mais j'ai compris le principe.

Equation de la réduction:
\(H2PO2^{-}\)+\(2H2O^{}\) → \(H2PO4^{-}\)+\(4H^{+}\)+\(2e^{-}\)
Equation de la réduction:
\(Ni2^{+}\)+\(2e^{-}\) → Ni

l'équation de l'oxydoréduction:
\(H2PO2^{-}\)+\(2H2O^{}\)+\(Ni2^{+}\) → \(H2PO4^{-}\)+\(4H^{+}\)+\(Ni^{}\)???

Merci

Bravo, c'est juste. Vous pouvez donc poursuivre.

Il vous reste en effet à trouver la concentration c'. Et l'écriture de la transformation chimique entre les ions nickel et les ions H2PO2- doit pouvoir vous y aider.