Aurélie 06/02

électrolyse d'une solution de CuSO4.

exercices de base

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 On réalise l'électrolyse d'une solution de sulfate de cuivre Cu2+; SO42-. Dans cette solution, différentes espèces chimiques font partie des couples oxydoréducteurs, qui sont : Cu2+ / Cu(s) ; O2(g) / H2O(l) ; S2O82- / SO42-.

électrolyse entre électrodes de graphite :

On, constate que pour une tension supérieure ou égale à 1,3 V, un courant traverse le circuit et provoque l'apparition d'un dépôt métallique de cuivre sur une électrode et d'un dégagement gazeux sur l'autre.

  1. Quelles sont les réactions envisageables à l'anode ?
    - Quelles sont les réactions envisageables à la cathode ?
    - Ecrire leurs équations.
  2. Compte tenu des observations faites, quelles sont les réactions qui se produisent ?
    - En déduire l'équation de la transformation globale qui se produit.
    - Par quel test peut-on identifier le gaz fomé ?

électrolyse entre électrodes de cuivre :

Lorsqu'on réalise l'électrolyse entre deux électrodes de cuivre, un dépôt métallique se forme à la cathode et le cuivre qui sert d'anode disparaît progressivement. L'intensité du courant est maintenue constante I= 1,5A et l'anode a une masse initiale immergée m= 0,5 g.

  1. Quelles réactions se produissent à l'anode et à la cathode ?
    - En déduire l'équation de la transformation globale qui se produit.
  2. Comment varie la concentration des ion cuivre II ?
  3. Donner l'expression de la quantité d'électricité |Q| transportée dans l'électrolyseur en fonction de I et t, durée de l'électrolyse
  4. Dans l'état d'avancement x de la transformation quelle est l'expression de |Q| en fonction de x et F, le faraday ?
  5. En déduire l'expression de la durée t en fonction de x, F et I.
  6. Dresser un tableau d'avancement de la transformation et en déduire la durée au bout de laquelle l'anode est entierement consommée.

masse atomique molaire en g/mol : Cu = 63,5 ; 1F = 96500 C.

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corrigé
à l'anode positive, les ions négatifs SO42- et les molécules d'eau peuvent s'oxyder :

2 SO42- = S2O82- + 2e-.

H2O = ½O2 + 2e- + 2H+.

à la cathode négative, les ions positifs Cu2+ et les molécules d'eau peuvent se réduire :

Cu2+ +2e- = Cu(s)

2H2O + 2e- = H2 + 2HO-.

bilan de la transformation :

Cu2+ +H2O = Cu(s) + ½O2 + 2H+.

le dioxygène entretient les combustions : un morceau de bois incandescent, s'enflamme en présence de dioxygène.

à la cathode négative, les ions positifs Cu2+ se réduisent : Cu2+ +2e- = Cu(s)

à l'anode positive, le métal de l'anode s'oxyde : Cu(s) = Cu2+ +2e-

bilan de la transformation : Cu2+ +Cu(s) anode = Cu2+ +Cu(s) dépôt à la cathode.

tout se passe comme si le cuivre de l'anode était transporté à la cathode : la concentration des ions cuivre II ne varie pas dans la solution.

 

tableau d'évolution : ( à l'anode)

Quantité de matière initiale :

métal cuivre anode : masse (g) / masse molaire (g/mol) = 0,5 /63,5 = 7,87 10-3 mol = 7,87 mmol
Cu (anode)
+ 2e-
= Cu2+
initial
7,87 mmol
apport du générateur
n
en cours
7,87-x
2x
n+ x
fin
7,87-xm=0
2xm=15,74 mmol
n+ xm
7,87-xm=0 donne xm = 7,87 mmol

quantité d'électricité : |Q |= I t = n F

à x mol de cuivre correspond 2x mol d'électrons : donc n = 2xm.

|Q | =I t = 2xm F soit t = 2xm F / I

t = 15,74 103 * 96500 / 1,5 = 1013 s.

à suivre ...
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