II - Cahier de texte en ligne

TP Chimie n° 10
TRANSFORMATION FORCÉE : L’ÉLECTROLYSE
OBJECTIFS
Montrer qu’il est possible, dans certains cas, d’imposer à un système d’évoluer en sens inverse su sens spontané.
Etudier qualitativement et quantitativement une électrolyse.
I. ÉVOLUTION SPONTANÉE DU SYSTÈME [ Br2 (aq) + Cu(s) ]
1°) Test préliminaire (sous la hotte)
Verser dans un tube à essai 1 mL de solution de dibrome Br 2 (aq).
Ajouter 0,5 mL de cyclohexane, agiter et laisser reposer.
Noter vos observations.
2°) Transformation spontanée du système [ Br2 (aq) + Cu(s) ] (sous la hotte)
 Expérience
Verser dans un tube 1 mL de solution de dibrome Br 2 (aq).
Ajouter quelques copeaux de cuivre.
Agiter.
Noter les observations.
Après quelques min, ajouter 0,5 mL de cyclohexane.
Agiter, puis observer.
Ajouter avec une pipette, quelques gouttes de solution
de nitrate d’argent dans la phase aqueuse. Conclure.
 Interprétation
Ecrire les demi-équations associées aux couples Br2 (aq) / Br-(aq)
Cu2+(aq) / Cu(s)
Ecrire l’équation chimique de la réaction spontanée entre ces deux couples.
Exprimer son quotient de réaction initial et le calculer.
K = 1,2 . 1025, conclure.
3°) Etude de la transformation inverse
On considère le système [ Br-(aq) + Cu2+(aq) ]. On peut prévoir la transformation 2 Br -(aq) + Cu2+(aq) = Br2 (aq) + Cu(s)
de constante d’équilibre K’ = ……………
Exprimer son quotient de réaction initial et le calculer.
Quel sens d’évolution peut-on prévoir ?
Confrontation avec l’expérience : mélanger dans un tube à essai 2 mL de solution de bromure de potassium et 2
mL de solution de sulfate de cuivre. Observer.
Après quelques min, ajouter 0,5 mL de cyclohexane. Conclure.
Le système évolue-t-il conformément à la prévision ? Pourquoi ?
II. ÉTUDE DE L‘ ÉLECTROLYSE D’UNE SOLUTION AQUEUSE DE BROMURE DE CUIVRE II
On veut « forcer » le système {Cu2+(aq) + Br-(aq)} à évoluer en lui apportant de l’énergie électrique.
1°) Expérience
- Verser une solution de bromure de cuivre dans un tube en U.
- Mettre en place les 2 électrodes de graphite et les relier à
un générateur de tension continue de f.é.m. E = 12 V après
avoir ajouté un peu de cyclohexane à l’électrode jouant le
rôle d’anode.
Noter les observations après quelques minutes :
Quelle espèce chimique se forme à l’anode ?
Solution de
bromure de
cuivre II
Quelle espèce chimique se forme à la cathode ?
2°) Interprétation
 Indiquer sur le schéma : le sens du courant et le sens de
déplacement des différents porteurs de charge.
 A partir de la circulation des électrons, indiquer :
le type de réaction se produisant à la cathode , ……………………………………….. ; à l’anode, ……………………………………….
 Au vu des observations, écrire les équations des réactions qui se produisent aux électrodes :
A la cathode
A l’anode
 En déduire l’équation chimique de la transformation globale qui se produit lors de l’électrolyse :
 Conclure.
III. ÉTUDE DE L‘ÉLECTROLYSE DE L’EAU EN MILIEU ACIDE
1°) Manipulation
Dans l’électrolyseur, on introduit une solution aqueuse d’acide
sulfurique.
Le courant a une intensité I = …………..
A t = 0 s, l’électrolyse commence.
A t = 5 min, on arrête l’électrolyse.
Compléter le schéma.
à l’anode : Vgaz = ………………
à la cathode : Vgaz = ………………
Identification des gaz :
A
2°) Exploitation
a) réactions aux électrodes
 Quelles sont les espèces chimiques présentes dans l’électrolyseur ?
Données : couples oxydant / réducteur pouvant intervenir
S2O82-(aq) / SO42-(aq)
H+(aq) / H2 (g)
SO42-(aq) / SO2 (g)
Les électrodes sont inattaquables
O2 (g) / H2O
 Au vu des observations, écrire les équations des réactions qui se produisent aux électrodes :
A la cathode
A l’anode
 En déduire l’équation chimique de la transformation globale qui se produit lors de l’électrolyse :
Conclure.
b) Etude quantitative
 Détermination des quantités de matière expérimentales des gaz obtenus
Calculer le volume molaire des gaz dans les conditions de l’expérience.
p = …………………….
 = ……………….
R = 8,31 uSI
En déduire n(O2)exp et n(H2)exp :

Détermination de la quantité de matière théorique de dioxygène
Calculer la quantité d’électricité qui a traversé le circuit pendant l’électrolyse : Q = ……………………………..
En déduire la quantité d’électrons : ne- = ………………..
Tableau descriptif de l’évolution du système à l’anode :
Avancement en
mol
Etat initial
En cours de
transformation
Etat final
En déduire n(O2)théo :
Calculer l’écart relatif entre les deux valeurs de n(O2) :
 Calcul du rapport
VH 2
VO2
Tableau descriptif de l’évolution du système au cours de la transformation étudiée :
Avancement en
mol
Etat initial
En cours de
transformation
Etat final
En déduire la valeur du rapport
Calculer la valeur de
Conclure.
VH 2 exp
VO2 exp
nH 2théo
nO2théo
= ……………..
= …………… et donc celle de
VH 2théo
VO2théo
= ……………………..