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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. La cathode négative, reliée à la borne négative du générateur est le siège d'une réduction : Pb2+ + 2e- = Pb (s) L'anode positive, reliée à la borne positive du générateur est le siège d'une oxydation de l'eau H2O = ½O2 + 2H+ + 2e-. Bilan de l'électrolyse : Pb2+ + H2O = ½O2 + 2H+ + Pb(s). A la fin de l'expérience, la masse de l'électode de plomb a augmenté de 2 g : 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 durée = 1863 / 0,2 = 9315 s.
Un accumulateur au plomb 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. Couples oxydant réductuer : Pb2+ / Pb(s) et PbO2(s) / Pb2+. cathode : PbO2 + 4H+ + 2e- = Pb2+ + 2H2O réduction anode : Pb(s) = Pb2+ + 2e- oxydation bilan : PbO2 + 4H+ + Pb(s) = 2 Pb2+ + 2H2O En fait, dans ces conditions, il se forme du sulfate de plomb PbSO4. D'où l'équation bilan de fonctionnement de l'accumulateur. 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-. quantité d'électricité minimale qui doit traverser l'accumulateur au cours de la charge : 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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