Aurélie 15/11/06
Electrolyse à anode soluble : d'après concours technicien chimiste Lille 2006

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Electrolyse à anode soluble :

On réalise le montage ci-dessous. Le générateur de tension continue permet de faire circuler un courant d'intensité I.

  1. Faire le bilan des espèces présentes dans le milieu.
    L'interrupteur est fermé. On observe alors sur l'électrode de fer la formation d'un dépôt métallique et un dégagement d'hydrogène.
  2. Indiquer le sens de circulation des porteurs de charge dans la solution et dans les fils de connexion. Préciser leurs noms.
  3. Ecrire les demi-équations des réactions se produisant à l'électrode de fer. Cette électrode est-elle la cathode ou l'anode ? Justifier.
  4. Quel est l'intérêt pratique de ce dépot métllique sur lélctrode de fer ?
  5. Comment évolue la masse de l'électrode de zinc ? Justifier en écrivant la demi-réaction qui se produit sur l'électrode de zinc.
    Le générateur délivre un courant d'intensité I= 0,5 A pendant t=10 min. Dans cette électrolyse dite " à anode soluble " calculer :
  6. La quantité d'électricité Q échangée pendant 10 min et en déduire la quantité de matière d'électrons échangée ne.
  7. Quelle relation existe t-il entre la quantité de matière de zinc ayant disparu et la quantité d'électrons échangés ?
  8. Calculer la variation de masse de l'électrode de zinc.
    Zn : 65,4 g/mol ; NA= 6,02 1023 mol-1 ; e= 1,6 10-19 C.
corrigé
bilan des espèces présentes dans le milieu :

A l'anode, reliée à la borne positive du générateur : zinc métal de l'électrode, Zn2+, SO42-, H2O.

A la cathode de fer : fer de l'électrode, Zn2+, SO42-, H2O.

sens de circulation des porteurs de charge dans la solution et dans les fils de connexion :

dans le circuit extérieur, les électrons vont du pôle - vers le pôle + du générateur.

Dans la solution, les ions sulfates SO42- se déplacent du fer vers l'électrode de zinc ; les ions Zn2+ se déplacent du zinc vers l'électrode de fer.

demi-équations des réactions se produisant à l'électrode de fer : réduction donc cathode

Zn2+ + 2e- = Zn(s) et 2H2O + 2e- = H2 (g) + 2HO-.

Intérêt pratique de ce dépot métllique sur lélctrode de fer : protection du fer contre la corrosion.

demi-réaction qui se produit sur l'électrode de zinc : oxydation donc anode

Zn(s) = Zn2+ + 2e- ; la masse de l'électrode diminue.

Le générateur délivre un courant d'intensité I= 0,5 A pendant t=10 min.

Quantité d'électricité Q échangée pendant 10 min : Q=It = 0,5*60*10 = 300 C

Valeur absolue de la charge d'une mole d'électrons : NA e = 6,02 1023 * 1,6 10-19 =9,632 104 C

Quantité de matière d'électrons échangée ne = 300 / 9,632 104 =3,11 10-3 mol

Relation entre la quantité de matière de zinc ayant disparu et la quantité d'électrons échangés :

Zn(s) = Zn2+ + 2e- ; d'où n(Zn) = ½ne = 3,11 10-3 /2 = 1,56 10-3 mol

Diminution de masse de l'électrode de zinc : n(Zn) M = 1,56 10-3 *65,4 = 1,02 10-1 g.

 
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