Les électrolyses : transformations forcées

TP n°20 (Chimie)

Objectifs :

- Montrer que l'on peut forcer une transformation qui spontanément ne se ferait pas.

- Effectuer un bilan quantitatif et quantitatif d'une électrolyse.

I°) Aspect qualitatif d'une électrolyse : électrolyse de la solution aqueuse d’iodure de zinc(II) :

Manipulation

 - Remplir un tube en U avec la solution aqueuse d’iodure de zinc(II) de concentration molaire 0,25 mol.L^-1.

- Réaliser le montage comme indiqué ci-dessous et ajuster la tension aux bornes du générateur à 15 V.

 (une électrode de cuivre est reliée au pôle négatif du générateur et une électrode de graphite est reliée au

   pôle positif du générateur). Placer un interrupteur dans le circuit puis fermer le.

- Observer les électrodes et l'aspect de la solution au bout de 10 minutes.

Questions :

1°) Faire l'inventaire des espèces chimiques initialement présentes dans la solution.

2°) Ecrire les équations de réaction pouvant avoir lieu à chaque électrode.

3°) Noter les phénomènes observés, donner le nom de l'espèce chimique colorée mise en évidence.

4°) Réaliser le schéma du montage électrique et y faire figurer le sens de déplacement des porteurs de

      charge et celui du courant électrique imposé.

5°) Au vu des observations et du sens de circulation des électrons, indiquer les réactions qui se produisent

     effectivement aux électrodes.

6°) Préciser la nature des réactions et attribuer les noms aux électrodes.

Données : Couples oxydant/réducteur       

O₂(g)/H₂O        H⁺(aq)/H₂(g)         Zn²⁺(aq)/Zn(s)         I₂(aq) (couleur brune)/I^-(aq)

II°) Aspect quantitatif d'une électrolyse : électrolyse de l'eau en milieu acide :

Manipulation

 -    Introduire 125 mL d'eau distillée dans l'électrolyseur.

 -   Remplir les tubes gradués avec de l'eau distillée et les retourner, sans bulles d'air.

 - Fixer les tubes gradués en les plaçant légèrement à côté des électrodes.

 - Ajouter 25 mL d'acide sulfurique dans la cuve de l'électrolyseur.

 - Homogénéiser la solution à l'aide d'un agitateur en verre et ce, particulièrement entre les électrodes.

 - Réaliser le montage en série comprenant : un générateur de tension continue réglable, l’électrolyseur, un

    multimètre utilisé en mode ampèremètre et un interrupteur.

-  Ajuster la tension aux bornes du générateur pour que l’intensité du courant soit égale à une valeur

    préalablement définie (de l’ordre de 0,30 A). Cet étalonnage réalisé ouvrir le circuit.

- Placer les tubes gradués juste au dessus des électrodes

- Fermer l'interrupteur tout en déclenchant le chronomètre.

-  Relever la valeur de l'intensité du courant et la maintenir constante.

- Observer.

-  Arrêter l'électrolyse, lorsque le volume dégagé à une électrode est conséquent et noter la durée de l'électrolyse.

- Mesurer les valeurs des volumes dégagés à l'anode et à la cathode.

-  Relever la valeur de la température du laboratoire et de la pression atmosphérique (ces paramètres

     permettront de définir le volume molaire).

Données : Couples oxydant/réducteur     :

O₂(g)/H₂O        H⁺(aq)/H₂(g)    S₂O₈^2-(aq)/ SO₄^2-(aq)    SO₄^2-(aq)/SO₂(aq)

Constante des gaz parfait :  R = 8,32 J.K^-1.mol^-1

Constante d’Avogadro : N_A = 6,02.10²³ mol^-1

Charge élémentaire : e = 1,6. 10^-19 C

Questions :

1°) Calculer le volume molaire à la température et à la pression du laboratoire.

2°) A partir de l'inventaire des espèces chimiques présentes dans la solution au départ, écrire les

      équations des réactions possibles à chaque électrode.

3°) Au vu des observations et du sens de circulation des électrons, indiquer les réactions qui se

      produisent aux électrodes.

   Réaliser les tests permettant d identifier les gaz formés (Auparavant appeler le professeur pour

    faire valider vos tests).  

4°) Établir l'expression de la quantité d’électrons ayant circulé dans le circuit pendant la durée t

en fonction de l'intensité du courant qui a circulé dans le circuit.

5°) Etablir le tableau descriptif de l'évolution du système à l'anode.

6°) Vérifier que le volume de dioxygène mesuré expérimentalement est en accord avec la valeur

    calculée dans les conditions de l'expérience. Faire de même pour le dihydrogène.