16/04/2017 582660496 1/2
Spécialité
Thème : Matériaux
TP
Chimie
Electrolyse du zinc
Chap.7
Protection dune plaque en acier par électrozingage
La dernière étape de production industrielle du zinc métallique est une réduction des ions Zn2+(aq) en atomes Zn par
électrolyse.
En généralisant, lélectrolyse est une réaction forcée qui permet, sous leffet dun courant électrique imposé, de
produire un métal à partir dune solution aqueuse contenant le cation métallique correspondant. Il est essentiel que
la solution ne contienne quun seul type de cation métallique pour que le métal produit soit pur (en général à plus
de 99%).
Par ailleurs, lélectrolyse permet de déposer une fine couche dun métal sur un autre (électrodéposition ou placage)
dans un but de protection ou dordre esthétique. Ainsi, un métal peu esthétique mais bon marché peut servir à faire
des objets qui sont ensuite recouverts dune fine couche dor, dargent, de chrome. Un métal oxydable peut, de la
même manière, être recouvert dun métal non oxydable protecteur : nous allons découvrir, dans cette séance,
comment recouvrir une plaque en acier dune fine couche de zinc. Lélectrodéposition dune couche de zinc porte
le nom de galvanisation ou de zingage.
Une électrolyse est une réaction endoénergétique (elle consomme de lénergie) au cours de laquelle lénergie
électrique reçue provoque des réactions doxydoréductions inverses aux réactions spontanées. Par définition,
lélectrode où il y a oxydation est « lanode » et lélectrode où il y a « réduction » est la cathode.
On appelle « acier » tout alliage métallique ayant pour métal de base le fer. Sans traitement particulier, un acier sera
oxydé peu à peu par les oxydants atmosphériques (corrosion). Pour protéger lacier du dioxygène de lair, une
technique consiste à le recouvrir dune fine pellicule protectrice : peinture, film plastique, déposition dun autre
métal.
Lélectro zingage consiste à provoquer, par électrolyse, le dépôt dune fine couche de zinc sur un objet en acier afin
de le protéger. Le zinc nest pas un métal inoxydable, mais son oxyde (ZnO) a la propriété dêtre imperméable à
lair. Une fois oxydé en surface, il protégera donc les couches internes de zinc et bien entendu lacier recouvert.
I. Réalisation expérimentale
Nous disposons dune plaque de zinc et dune plaque en acier (ou fer) que lon va devoir galvaniser. Un générateur
de tension continue fournira lénergie nécessaire, un rhéostat permettra de régler lintensité du courant à la valeur
constante I mesurée par un ampèremètre, et une solution de sulfate de zinc de concentration 0,50 mol.L-1 servira de
solution électrolytique. Lensemble sera lentement agité durant toute la durée de lélectrolyse par un dispositif
dagitation magnétique. Le dépôt durera 30 minutes, mesurées précisément au chronomètre.
Le schéma ci-dessous représente le montage délectrolyse à réaliser.
16/04/2017 582660496 2/2
Recherche de la polarité de lélectrolyseur
1) Sur quelle plaque doit avoir lieu la réduction des ions Zn2+(aq) en atomes Zn ? Justifier.
2) Cette plaque doit-elle recevoir ou libérer des électrons au circuit électrique ? Justifier.
3) Que se passe-t-il alors sur lautre plaque ?
4) Quelle plaque doit donc être reliée à la borne positive du générateur ?
Réalisation de lélectrodéposition
Après validation du schéma, mettre en place le dispositif sans allumer le générateur.
Avant de démarrer lélectrolyse, nettoyer, sécher et peser précisément la plaque dacier à recouvrir.
Après vérification du montage, allumer le générateur et fixe, grâce au rhéostat, lintensité du courant.
Réaliser lélectrodéposition de zinc durant 30 mn en veillant à maintenir constante lintensité du courant.
II. Analyse théorique de lélectrolyse
Pendant que lélectrolyse a lieu, nous effectuerons son analyse théorique.
1) Quelle électrode est la cathode ? Justifier par lécriture de la demi-équation correspondante.
2) Quelle est lanode ? Justifier par lécriture de la demi-équation correspondante.
3) Quelle est la réaction globale de lélectrolyse ?
4) La concentration des ions Zn2+(aq) varie-t-elle durant lélectrolyse ? Justifier.
5) Ce procédé délectrolyse est appelé électrolyse « à anode soluble ». Expliquer.
III. Quantité de métal déposé
Prévision théorique
La quantité de métal déposé dépend de la durée dexpérience et de lintensité du courant délectrolyse. On
rappelle que la charge électrique transportée par unité de temps par un courant électrique dintensité I constante
est Q = I t.
Par ailleurs, cette charge électrique est transportée par des électrons dont la charge élémentaire est, en valeur
absolue, e = 1,6.10-19 C . Si lon considère une mole délectrons, la charge électrique transportée est alors un «
Faraday » tel que : 1F = 1,6.10-19 6,02.1023 mol-1 = 96 500 C.mol-1
1) Sachant que lélectrolyse a duré 30 mn sous une intensité constante I = ............ mA, et que la masse molaire du zinc
est de 65,4 g.mol-1, calculer la masse de zinc théoriquement déposée sur la plaque dacier.
Aide méthodologique : on calculera tout dabord la charge électrique totale échangée durant lélectrolyse. De
cette charge, nous pourrons déterminer le nombre de moles délectrons échangés et, à partir de la demi- équation
de réduction des ions Zn2+(aq), la quantité datomes de zinc formés durant lexpérience. Enfin, grâce à la masse
molaire du zinc, nous calculerons la masse totale de zinc déposée en théorie.
Vérification expérimentale
2) Après 30 mn délectrolyse, récupérer délicatement la plaque dacier galvanisé et sécher la en prenant soin de ne pas
décrocher le dépôt de zinc.
3) Peser la plaque et comparer le résultat théorique à la prévision expérimentale. Conclure.
1 / 2 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !