Aurélie janvier 2000


devoirs 1ère S : électrolyses

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1

électrolyse à anode soluble

électrolyse d'une solution de sulfate de cuivre avec électrodes en cuivre.

  1. Rappeler le fonctionnement d'un tel électrolyseur.Quelle est sa f.c.e.m? Comment la concentration en ions Cu2+ varie-t-elle dans la solution?
  2. L'anode est un cylindre de 1 mm de diamètre,immergé sur une hauteur de 4cm.Quelle est la quantité de cuivre correspondante?(µCu=8,92g.cm-3)
  3. L'intensité est constante et égale à 1,2 A. Au bout de combien de temps > le circuit sera-t-il interrompu?
  4. Quelle est la variation de masse de la cathode au cours de cette > expérience?

corrigé

électrolyse à anode soluble

dépot de cuivre à la cathode et disparition de l'anode en cuivre

transfert cuivre de la cathode vers l'anode

ici la fcem est nulle et la concentration des ions cuivre ne change pas

3,14*diamètre ² *hauteur /4 =0,0314cm3

0,0314*8,92 =0,28 g divisé par 63,5 =4,4 mmol

Cu2++ 2e- donne Cu

donc 8,8 mmol d'électrons

soit 8,8 10-3 fois 96500 =849 coulombs

849 / 1,2 =707 s

la cathode augmente de 0,28 g, l'anode disparait.




2

électrolyse du bromure de cuivre II

Au cours de l’électrolyse d’une solution de bromure de cuivre(II), qui a duré 30 minutes, la masse de la cathode a varié de 0,1g.

  1. La masse de la cathode a-t-elle diminué ou augmenté ? Justifier la réponse.
  2. Calculer l’intensité du courant qui a circulé dans l’électrolyseur.
    Cu =63,5 g /mol

corrigé

réduction des ions Cu2+ à la cathode négative

Cu2+ + 2e- donne Cu

oxydation des ions Br- à l'anode positive

2Br- donne Br2 liquide + 2e-

la masse de la cathode augmente de 0,1 g

0,1 /63,5 =1,575 10-3 mol de cuivre

donc 2*1,575 10(-3) =3,15 1010-3 mol d'électrons

la charge d'une mole d'électrons est 96 500 C

96500*3,15 1010-3 = 304 C

diviser par le temps en seconde 304 / 1800 =0,169 A.



3

électrolyse de l'eau

On réalise l’électrolyse d’une solution aqueuse de sulfate de sodium. On donne les potentiels des couples H2O/H2 et O2/H2O à pH=7, soit respectivement -0,42V et 0,81V. Les autres potentiels sont égaux aux potentiels standard. Expérimentalement, on constate un dégagement de dihydrogène et de dioxygène.

  1. Pouvait-on prévoir ces réactions ?
  2. Quelle est l’équation bilan de l’électrolyse ?
  3. Quelle tension théorique minimale faut-il appliquer aux bornes de l’électrolyseur pour que l’électrolyse ait lieu ?
  4. La solution reste-t-elle neutre au cours de l’électrolyse ?

corrigé


à l'anode positive H2O et les ion sulfates sont présents, l'eau s'oxyde

H2O donne 0,5 O2 + 2H+ + 2e-.

pH acide au voisinage de l'anode sur une distance de quelques dixièmes de mm

à la cathode négative, les ions sodium et l'eau sont présents.

réduction de l'eau 2H2O +2e- donne H2 + 2HO-

pH basique au voisinage immédiat de la cathode

le reste (pratiquement toute la solution) de la solution reste à pH=7


Bilan : électrolyse de l'eau, les ions sodium et sulfate rendent le milieu conducteur électrique.

tension théorique : 0,81 +0,42 =1,23 V

en fait des phénomènes de surtension apparaissent du fait des dégagements de gaz et la tension réelle est supérieure à 1,23 V




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