Aurélie 10/12/09
 

 

Electrolyse : 3 électrolyseurs en série.

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On place trois électrolyseurs en série.
Je conclus : l'intensité I qui traverse les électrolyseurs est la même.
La durée de l'électrolyse Dt est la même : la même quantité d'électricité Q = I Dt traverse chaque électrolyseurs.
La même quantité de matière d'électrons, notée ne  traverse chaque électrolyseur : ne =
I Dt / ( e NA).
avec e = 1,6 10-19 C ; Na = 6,02 1023 mol-1 ;
e NA = 1,6 10-19 *6,02 1023= 96320 C mol-1.
d'où
ne = 1,0382 10-5  I Dt.

 Electrolyseur n°1 : solution diluée d'acide sulfurique ; électrode de platine ; ( l'ion SO42- ne s'oxyde pas ).
Une éprouvette remplie d'eau recouvre les deux électrodes. On donne le volume molaire des gaz Vm = 24 L mol-1.
Je conclus : à l'anode positive, oxydation de l'eau suivant : H2O(l) = ½O2(g) + 2e-.
A la cathode négative, réduction de l'eau ou de l'ion oxonium : 2
H3O+aq + 2e- =H2(g) + 2 H2O(l)
Quantité de matière de dioxygène : nO2 =0,25 ne ; volume de dioxygène : VO2 =
nO2  *Vm = 0,25 ne*24 = 6 ne.
Quantité de matière de dihydrogène : nH2 =0,5 ne ; volume de dihydrogène : VH2 = nH2  *Vm = 0,5 ne*24 = 12 ne.
Volume total des gaz : 18 ne litres.



  Electrolyseur n°2 : solution aqueuse de chlorure de sodium ; électrode en platine. On admet que l'oxydation de l'eau est très lente et que seuls les ions chlorure s'oxydent. Une éprouvette remplie d'eau recouvre les deux électrodes.
Je conclus : à l'anode positive, oxydation de l'ion chlorure suivant : 2Cl-aq = Cl2(g) + 2e-.
A la cathode négative, réduction de l'eau  : 2 H2O(l) + 2e- =H2(g) + 2 HO-aq.
Quantité de matière de dichlore : nCl2 =0,5 ne ; volume de dichlore : VCl2 = nCl2  *Vm = 0,5 ne*24 = 12 ne.
Quantité de matière de dihydrogène : nH2 =0,5 ne ; volume de dihydrogène : VH2 = nH2  *Vm = 0,5 ne*24 = 12 ne.
Volume total des gaz : 24 ne litres.


Le volume total des gaz recueilli est 420 mL.
Je conclus : calcul du volume de gaz recueilli à l'anode de l'électrolyseur n°1 :
Le volume total des gaz est : (18+24)ne  = 42
ne  ; volume de dioxygène :  6 ne soit le 1/7ème du volume total ou 420/7 = 60 mL.
Quantité de matière d'électrons : 42 ne =  0,420 L ; ne =0,42 / 42 = 1,0 10-2 mol.

L'intensité du courant est I = 1,4 A.
Je conclus : calcul de la durée de l'électrolyse :
ne = 1,0382 10-5  I Dt ; Dt = ne /(1,0382 10-5  I)= 0,010 /(1,0382 10-5  *1,4) =688 s.

 







Electrolyseur n°3 : solution aqueuse de bromure de cuivre II CuBr2 ; électrode en platine.
Volume de la solution V = 300 mL ; concentration initiale [CuBr2] = 0,15 mol/L. M(Cu) = 63,5 g/mol ; M(Br) = 80 g/mol.
Je conclus : à l'anode positive, oxydation de l'ion bromure suivant : 2Br-aq = Br2(g) + 2e-.
A la cathode négative, réduction de l'ion Cu2+aq  :
Cu2+aq + 2e- =Cu(s).
Quantité de matière de cuivre nCu = ½ne = 1,0 10-2 / 2 = 5,0 10-3 mol.
Masse de cuivre : m = nCu M(Cu) = 5,0 10-3 *63,5 =3,175 10-1 g = 318 mg.
Quantité de matière de dibrome nBr2 = ½ne = 1,0 10-2 / 2 = 5,0 10-4 mol.
Masse de dibrome : m = nBr2 M(Br2) = 5,0 10-3 *160 =8,0 10-1 g = 800 mg.

L'expérience dure 1 h 30 min. Le volume de la solution ne change pas.
Je conclus : quantité d'électricité : Q = I Dt = 1,4*1,5*3600 =7560 C
ne = I Dt / ( e NA).
avec e = 1,6 10-19 C ; Na = 6,02 1023 mol-1 ;
e NA = 1,6 10-19 *6,02 1023= 96320 C mol-1.
ne = 7560 /96320 =7,849 10-2 mol.
nCu2+ = ½ne = 7,849 10-2 /2 =3,924 10-2 mol d'ion cuivre II disparaissent.
quantité de matière initiale d'ion Cu2+aq :
[CuBr2] V = 0,15 * 0,3 = 4,5 10-2 mol.
Il reste :
4,5 10-2 -3,924 10-2 =5,76 10-3 mol d'ion cuivre II dans 0,3 L.
[Cu2+aq]fin =
5,76 10-3 /0,3 =1,92 10-2 mol/L = 19,2 mmol/L.







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