Physique-Chimie · 2ème année Bac
Transformations forcées – l'électrolyse
1Rappels du cours
L'electrolyse : les transformations forcees
1. Transformation forcee
Contrairement a la transformation spontanee qui se produit dans une pile (elle libere de l'energie electrique), une transformation forcee est une reaction chimique qui n'est pas spontanee dans le sens considere : elle doit etre imposee par un generateur exterieur qui fournit de l'energie electrique au systeme. C'est le principe de l'electrolyse.
2. La cellule d'electrolyse
Une cellule d'electrolyse est constituee de deux electrodes plongees dans une solution ou un electrolyte, reliees a un generateur :
- l'anode est reliee a la borne + du generateur ; une oxydation s'y produit ;
- la cathode est reliee a la borne - du generateur ; une reduction s'y produit.
3. Loi de Faraday
La quantite de matiere n (en mol) d'une espece formee ou consommee a une electrode pendant une duree t, parcourue par un courant d'intensite I (en amperes), est donnee par :
n = Q / (z x F)
ou :
- Q = I x t est la charge electrique totale ayant traverse le circuit (en coulombs) ;
- z est le nombre d'electrons echanges dans la demi-equation electronique ;
- F = 96500 C/mol est la constante de Faraday (charge d'une mole d'electrons).
4. Exemple d'application
On realise l'electrolyse d'une solution de sulfate de cuivre (Cu2+ ; SO4 2-). A la cathode se produit la reduction : Cu2+ + 2 e- donne Cu.
Le generateur impose un courant d'intensite I = 2 A pendant une duree t = 965 s.
Charge electrique : Q = I x t = 2 x 965 = 1930 C.
Quantite de matiere de cuivre deposee : n = Q / (z x F) = 1930 / (2 x 96500) = 1930 / 193000 = 0,01 mol.
Masse de cuivre deposee (masse molaire du cuivre M = 64 g/mol) : m = n x M = 0,01 x 64 = 0,64 g.
3Validation directe — QCM
Chaque question peut avoir une ou plusieurs bonnes réponses. Cochez toutes les propositions qui vous semblent justes. L'ordre des questions et des réponses change à chaque nouvelle tentative.
1. Dans une cellule d'electrolyse, a quelle electrode se produit une oxydation ?
2. D'apres la loi de Faraday, comment s'exprime la quantite de matiere transformee n a une electrode ?
3. Qu'est-ce qu'une transformation forcee, comme dans une electrolyse ?
4. Dans « Transformations forcées : électrolyse », quelle affirmation est exacte ?
5. Dans « Transformations forcées : électrolyse », sélectionne toutes les propositions exactes.
6. À propos de « Transformations forcées : électrolyse », quelles affirmations sont correctes ?
7. Parmi ces propositions sur « Transformations forcées : électrolyse », lesquelles sont exactes ?
8. Dans « Transformations forcées : électrolyse », quelle proposition décrit une erreur à éviter ?
9. Une électrolyse est une transformation…
10. Dans une électrolyse, la quantité d’électricité transférée vaut…
11. Un courant de 2,0 A circule pendant 300 s. Quelle charge est transférée ?
12. 600 C correspondent approximativement à combien de moles d’électrons ?
13. Si la formation d’une mole de métal nécessite 2 mol d’électrons, 0,10 mol d’électrons permettent de former au maximum…
14. Quelles étapes sont adaptées à un calcul d’électrolyse ?
15. Dans une électrolyse, l’énergie électrique sert à…
16. Quelles affirmations sur les électrodes en électrolyse sont exactes ?
17. Si le courant double et la durée reste identique, la quantité d’électrons transférée…
18. Si la durée double à courant constant, la masse déposée lors d’une électrolyse idéale tend à…
19. Quelles unités sont cohérentes dans Q=IΔt ?
20. La loi de Faraday permet de relier…
21. Une électrolyse peut servir à…
22. Quelle erreur classique faut-il éviter ?
23. Quelle phrase distingue correctement pile et électrolyse ?
4Entraînement
Depot d'argent par electrolyse
Exercice original EduMarocOn realise l'electrolyse d'une solution contenant des ions argent Ag+. La demi-equation a la cathode est : Ag+ + e- donne Ag.
Le generateur impose un courant d'intensite I = 1 A pendant une duree t = 1930 s.
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Calculer la charge electrique Q ayant traverse le circuit.
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Calculer la quantite de matiere d'argent deposee (z = 1, F = 96500 C/mol).
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Calculer la masse d'argent deposee (masse molaire de l'argent M = 108 g/mol).