SPECIALITE 18 : Quelques applications de l`électrolyse

SPECIALITE 18 : Affinage du cuivre
Objectifs :
 mettre en œuvre une électrolyse pour purifier, protéger contre la corrosion ou embellir un métal.
 Revoir les notions acquises concernant les électrolyses.
1. Le minerai de cuivre :
"Le cuivre est utilisé pour ses qualités de conducteur électrique et thermique, et pour sa résistance à la
corrosion.
La chalcopyrite est le minerai de cuivre le plus répandu. Il contient également d'autres métaux et du soufre.
Il est placé dans un réacteur (une sorte de four qui ressemble à un grand cylindre horizontal) puis chauffé à
une température de 1200 °C pour former un mélange de métaux appelé « matte ».
Le soufre est alors libéré sous forme de gaz et récupéré pour être recyclé.
La matte, qui peut contenir jusqu'à 70 % de cuivre, reste dans le fond du four où on la récupère par un orifice
dans la partie inférieure du four.
Les impuretés de fer et de plomb, quant à elles, flottent sur la matte où elles s'accumulent pour former les
scories. Elles sont régulièrement enlevées et réintroduites dans le circuit de transformation pour en récupérer
le cuivre restant.
Cette méthode produit du « cuivre noir » appelé blister contenant 98 à 99,5% de cuivre.
Mais la teneur en cuivre du blister n’est pas suffisante pour les applications industrielles du cuivre : le blister
doit donc être raffiné (rendu plus pur) par électrolyse.
Le cuivre blister, après avoir été affiné au feu et coulé en anodes, subit un raffinage électrolytique.
Celui-ci consiste à oxyder les anodes, sous l’effet d’un courant électrique, pour libérer les ions Cu 2+ qui vont
se déposer sélectivement sur les cathodes, alors que les impuretés se partagent entre l’électrolyte et les boues
anodiques."
2. Raffinage électrolytique:

Prépare un volume V=50,0mL d’une solution de sulfate de cuivre pentahydraté de concentration c=1,0
mol.L1 en détaillant tes calculs, et en nommant le matériel utilisé.

Pèse à l’aide d’une balance précise au centigramme la lame de cuivre A que tu utiliseras comme anode,
ainsi que la plaque de circuit imprimé cuivrée B que tu utiliseras comme cathode.
mA =
mB =
– +

Verse ta solution dans un bécher de 100mL
et réalise le montage ci-contre :

Règle la tension de sortie du générateur sur 12V

Ferme l’interrupteur après avoir positionné
l’ampèremètre sur le bon calibre (lire la suite)
et le curseur du rhéostat en position médiane.

Règle le rhéostat de façon à ce que l’intensité du courant dans l’électrolyseur soit I=0,50A et laisse
l’électrolyse se poursuivre durant 30min mesurées au chronomètre.
circuit imprimé
recouvert de cuivre
lame
de cuivre
1

Pendant ce temps écris en les justifiant les équations des réactions se produisant aux électrodes, sachant que
l’ion sulfate est « spectateur » et que le solvant ne réagit pas.
Anode:
Cathode:

Identifie sur le schéma l'anode et la cathode en justifiant ton choix.
Indique également le sens du courant électrique et le sens de déplacement des électrons

Calcule la masse théorique de métal cuivre qui doit se déposer sur la cathode durant cette électrolyse.
NA = 6,02.1023 mol–1
e = 1,6.10–19C

A la fin de l’électrolyse, sèche les électrodes et pèse les : m’A=

Calcule la masse de cuivre qui s’est déposée sur la cathode.
m’B=
Compare avec la valeur théorique en calculant l'écart relatif :

Calcule la variation de masse de l’anode.
Compare avec la quantité de cuivre qui s’est déposée à la cathode... comment expliquer l'écart observé ?

Calcule, à partir de mesures effectuées sur le circuit imprimé, la surface de l’électrode recouverte d’un
dépôt de cuivre.
Appelle le prof pour vérifier.

La masse volumique du cuivre est  = 8,9 g.cm–3.
Calcule l’épaisseur moyenne du dépôt sur l’électrode.

Indique 2 méthodes qui permettraient d’obtenir un dépôt plus épais.

Conclue en rappelant l’intérêt de cette électrolyse :
2