Réponse:
Un circuit imprimé est réalisé sur une plaque recouverte d’une pellicule de cuivre de 0,020 mm d’épaisseur. Les parties de la plaque, non utilisées par les composants électroniques et le circuit, occupent une surface de 50 cm².
Elles sont oxydées par une solution de chlorure de fer(III) (Fe3++3Cl-) permettant l’utilisation du cuivre non utilisé.
1 Sachant que la masse volumique du cuivre est égale à m = 8,9 g.cm-3, déterminer la masse de cuivre à oxyder.(2pts)
2 Quels sont les couples oxydant/réducteur mis en jeu lors de cette réaction d’oxydoréduction sachant que le fer (III) est réduit en fer(II)?(0,5pt)
3 Ecrire les demi-équations électroniques et l’équation de la réaction.(1,5pts)
4Le volume de la solution de fer(III) étant égal à V = 100 mL, déterminer, à l’aide d’un tableau d’avancement, la concentration minimale en ions fer(III) de la solution nécessaire pour oxyder l’excès de cuivre.(2pts)
Données : M(Cu) = 63,5 g.mol-1
CORRIGÉ
1 La masse volumique du cuivre est m = 8,9 g.cm-3, la masse de cuivre correspondante est donc : m = m.V A.N. : m = 8,9*(50*2.10-3) = 8,9.10-1 g
2 Le cuivre métallique est la forme réduite du couple Cu2+/Cu.
Les ions fer(III) constituent la forme oxydée du couple Fe3+/Fe2+.
3 Un transfert d’électron s’effectue entre le cuivre et les ions fer(III).
Fe3+ + e- = Fe2+ x2
Cu(s) = Cu2+ + 2e- x1
L’équation de la réaction d’oxydoréduction est donc :
2Fe3+ + Cu ® 2Fe2+ + Cu2+
4 La quantité de matière initiale de cuivre est :
n0(Cu) = m(Cu)/M(Cu) A.N. : n0(Cu) = 0,89/63,5 = 1,4.10-2 mol
Etablissons le tableau d’avancement de la réaction :
2Fe3+ + Cu ® 2Fe2+ + Cu2+
Etat initial (mol)
ni
1,4.10-2
0
0
Etat intermédiaire
ni –2x
1,4.10-2 - x
2x
X
Etat final
ni - 2xmax
1,4.10-2 - xmax = 0
2xmax
xmax
Tout le cuivre en excès doit disparaître donc xmax = 1,4.10-2 mol et ni(Fe3+) = 2,8.10-2 mol
On en déduit la concentration minimale en ions fer(III) : [Fe3+] = ni(Fe3+)/V
A.N. : [Fe3+] = 2,8.10-2/0,1 = 2,8.10-1 mol.L-1
