Exercice de synthèse : réaction d'oxydoréduction et fonctionnement d'une pile

On plonge une lame de fer dans $V=100$ mL d'une solution de sulfate de cuivre de concentration $C=0,2$ mol/L. La réaction qui se produit est $F{e}_{(s)}+C{u}_{(aq)}^{2+}\to F{e}_{(aq)}^{2+}+C{u}_{(s)}$. On donne $E°(C{u}^{2+}/Cu)=+0,34$ V et $E°(F{e}^{2+}/Fe)=-0,44$ V. PARTIE 1 — Étude de la réaction spontanée.

1) Écrire les deux demi-équations électroniques, et identifier l'oxydant et le réducteur. 2) Justifier, à partir des potentiels standard, que cette réaction est bien spontanée dans le sens indiqué. 3) La lame de fer étant en large excès, calculer la quantité de matière d'ions $C{u}^{2+}$ initialement présents, et en déduire la concentration en ions $F{e}^{2+}$ dans la solution en fin de réaction (le volume étant supposé constant). PARTIE 2 — Réalisation d'une pile. On réalise à présent une pile en séparant les deux couples dans deux compartiments reliés par un pont salin. 4) Déterminer la polarité des électrodes (quelle électrode est la borne positive ?), et écrire l'équation de la réaction qui se produit lorsque la pile débite. 5) Calculer la force électromotrice standard de cette pile.