Certaines transformations chimiques peuvent mettre en jeu la réaction modélisée par l’équation (1) :
Fe2+(aq) + Zn(s) = Zn2+(aq) + Fe(s) équation (1)

dont la constante d’équilibre associée est : K = 1,40(1011.

Pour étudier expérimentalement des transformations mettant en jeu les espèces chimiques Fe2+(aq), Zn(s), Zn2+(aq), Fe(s) on dispose :

- d’une solution aqueuse de sulfate de fer S1 contenant des ions Fe2+(aq) de concentration 1,00 ( 10-1 mol.L-1 - d’une solution aqueuse de sulfate de zinc S2 contenant des ions Zn2+(aq) de concentration 1,00 ( 10-1 mol.L-1

Les données nécessaires à l’exploitation des expériences 1 et 2 sont rappelées ci-dessous :

- les expériences sont réalisées à une température de 25°C ; - on se limite aux couples oxydant/réducteur suivants : (Fe2+(aq) / Fe(s)), (Zn2+(aq) / Zn(s)) ; et (H+(aq) / H2 (g) ); - masses molaires : M(Fe) = 55,6 g.mol-1 et M(Zn) = 65,4 g.mol-1 ; - nombre d’Avogadro : NA = 6,02(1023 mol-1 ; - charge élémentaire : e = 1,60(10-19 C.

A – EXPERIENCE 1 – TRANSFORMATION SPONTANEE

A l’instant t = 0, on mélange dans un grand bécher 100 mL de la solution S1, 200 mL de la solution S2, 5,56 g de fer et 6,54 g de zinc, puis on agite.
La transformation chimique de ce système peut être modélisée par l’équation (1).

1) Écrire les demi-équations électroniques qui conduisent à cette équation.

2) Déterminer les quantités de matière d’ions fer (II) et d’ions zinc (II) introduites initialement.

3) Le système chimique ainsi créé évolue spontanément. Une analyse du système permet d’obtenir des histogrammes qui donnent les concentrations en ions fer (II) et en ions zinc (II) pour différents états du système. Les trois histogrammes représentés sur les figures 1 à 3 (annexe à rendre avec la copie) correspondent chacun à un état du système lors de son évolution.

a) Calculer le quotient de réaction associé à l’équation (1) à