1) E°Cu2+/Cu = 0.34 V
E°Zn2+/Zn = -0.76 V
E°NO3-/NO = 0.957 V
Le potentiel du couple NO3-/NO est supérieur à ceux du cuivre et du zinc. L'acide nitrique pourra donc les oxyder.
2)
NO3- + 4H+ + 3 e-↔ NO + 2H2O
Cu ↔ Cu2+ + 2 e-
Zn ↔ Zn2+ + 2 e-
D'où la réaction de l'acide nitrique sur le cuivre:
2NO3- + 8H+ + 3Cu → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O
Et la réaction sur le zinc:
2NO3- + 8H+ + 3Zn → 3Zn2+ + 2NO + 4H2O
3) le laiton 70/30 est composé à 30% en masse de cuivre. Pour 1 g on a donc 0.3g de cuivre et 0.7g de zinc.
MCu = 63.5g/mol
MZn = 65.4g/mol
On en déduit le nombre de moles de Zn et de Cu:
nCu = 0.3/63.5= 4.72.10-3 mole
nZn= 0.7/65.4= 1.07.10-2 mole
soit un nombre total de mole n1= nCu+nZn = 1.54.10-2 mole (le Cu et le Zn réagissent de la même façon)
Bien que l'oxydation soit due aux ions nitrates, il faut un quantité suffisante en H+ apportés par l'acide nitrique.
Suivant la réaction, il faut on a nCu/2 + nZn/2 = nH+/8
d'où nH+ = 8/3 (nCu+nZn) = 4.106.10-2 mol
Masse molaire de HNO3 = 63g/mol
Il faut donc une masse de HNO3 m = 63.4x106.10-2 = 2.603g
La solution commerciale étant à 52% pour une densité de 1.32, le volume de HNO3 nécessaire est 2.603/(1.32*0.52) = 3.79 mL
Il faut donc au minimum 3.79mL d'acide nitrique
4) le gaz roux est NO2
Au contact de l'air, le NO formé réagit avec l'oxygène:
NO + 1/2O2 → NO2
Le NO2 est un gaz de couleur rousse très toxique.