Aurélie novembre 04

électrolyse d'une solution de nitrate de plomb ; 

accumulateur au plomb

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électrolyse d'une solution de nitrate de plomb

On réalise l'électrolyse d'un solution de nitrate de plomb (II) Pb2+ + 2 NO3- en branchant un générateur de tension continue entre une cathode de plomb et une anode de graphite.

  1. Quel est le type de réaction qui se produit à la cathode ? A quelle borne du générateur est reliée la cathode ?
  2. Ecriver l'équation des réactions qui se produisent sur les électrodes. ( il se produit un dégagement gazeux sur l'une des électrodes)
  3. Ecriver l 'équation de la réaction qui se produit lors de l'électrolyse.
  4. A la fin de l'expérience, la masse de l'électode de plomb a augmenté de 2 g.
    - Quelle est la quantité d'électricité qui a traversée la cuve à électrolyse.
    - Quel est le volume de gaz recueilli ?
    - Quelle est la durée de l'expérience si l'intensité est restée constante I= 0,2 A.

Les ions nitrate et le graphite ne participent pas aux réactions électrochimiques ; Vm= 25 L/mol ; Pb : 207,2 g/mol 

corrigé
La cathode négative, reliée à la borne négative du générateur est le siège d'une réduction

cathode : Pb2+ + 2e- = Pb (s)

anode : oxydation de l'eau H2O = ½O2 + 2H+ + 2e-.

Bilan de l'électrolyse : Pb2+ + H2O = ½O2 + 2H+ + Pb(s)

Quantité de matière de plomb (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol)= 2/207,2 = 9,65 10-3 mol

or Pb2+ + 2e- = Pb (s) d'où Qté de matière d'électrons (mol) = 2*9,65 10-3= 1,93 10-2 mol

La charge d'une mole d'électrons est en valeur absolue égale à 96 500 C

Qté d'électricité : 96 500*1,93 10-2 = 1863 C.

D'après l'équation bilan de l'électrolyse : Qté de matière O2 = ½ n (Pb) = 0,5 * 9,65 10-3 = 4,82 10-3 mol.

volume dioxygène (L) = Qté de matière (mol) * volume molaire (L/mol) = 4,82 10-3 *25 = 0,12 L.

Qté d'électricité (C) = intensité (A) * durée (s) soit t= 1863 / 0,2 = 9315 s.



accumulateur au plomb

Un accumulateur au plomfb est constitué de deux électrodes de plomb dont l'une est recouverte de dioxyde de plomb PbO2 (s), qui plongent dans une solution d'acide sulfurique. Leur capacité est : 4 105 C.

Lors du fonctionnement le plomb et le dioxyde de plomb sont consommés.

  1. En déduire les équations des réactions qui se produisent sur les électrodes et l'éqiation de la réaction de fonctionnement de l'accumulateur. couples Pb2+ / Pb(s) et PbO2(s) / Pb2+.
    - En fait, dans ces conditions, il se forme du sulfate de plomb PbSO4. Ecrire l'équation bilan de fonctionnement de l'accumulateur.
  2. Que faut-il faire pour recharger l'accumulateur ? Comment brancher cet accumulateur ?
    - Donner l'équation traduisant la recharge de l'accumulateur.
    - Quelle quantité d'électricité minimale doit traverser l'accumulateur au cours de la charge ?
    - Quelle est l'augmentation de masse correspondante de l'électrode de plomb ?
corrigé
cathode : PbO2 + 4H+ + 2e- = Pb2+ + 2H2O réduction

anode : Pb(s) = Pb2+ + 2e- oxydation

bilan : PbO2 + 4H+ + Pb(s) = 2 Pb2+ + 2H2O

PbO2 + 4H+ + Pb(s) + 2SO42- = 2 PbSO4 + 2H2O

recharge : brancher l'accumulateur sur un générateur de tension continue ; la borne positive de l'accumulateur (la plaque de plomb recouverte de PbO2 doit être le siège d'une oxydation)est reliée à la borne positive du générateur.

l'équation bilan de la charge est l'inverse de la réaction bilan de décharge ( fonctionnement)

2 PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + Pb(s) + 2SO42-.

Si l'accumulateur est complétement déchargé, il faut fournir 4 105 C lors de la charge.

Augmentation correspondante de la masse de l'électrode de plomb :

Qté de matière d'électrons (mol) = 4 105 / 96500 = 4,15 mol

d'après Pb(s) = Pb2+ + 2e-, Qté de matière de plomb = ½ * 4,15 = 2,07 mol.

masse de plomb (g) = masse molaire (g/mol) * Qté de matière (mol) = 207,2*2,07 = 429 g.

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