V. Electrloyse de l’eau en milieu acide (exercice)
Un élève réalise le TP suivant :
1. Protocole expérimental
! Port de gants et de lunettes obligatoires lors de la
manipulation de l’acide !
Introduire 125 mL d'eau distillée dans l'électrolyseur.
Remplir les tubes gradués avec de l'eau distillée et les
retourner, sans bulles d'air. Fixer les tubes gradués en
les plaçant légèrement à côté des électrodes.
Ajouter 25 mL d'acide sulfurique dans la cuve de
l'électrolyseur. Homogénéiser délicatement la solution
à l'aide d'un agitateur en verre et ce, particulièrement
entre les électrodes.
Réaliser le montage en série comprenant : un générateur de tension continue réglable, l’électrolyseur, un
multimètre utilisé en mode ampèremètre et un interrupteur. Fermer l’interrupteur et effectuer
rapidement les réglages pour que l’intensité du courant soit égale à 0,30 A. Ouvrir le circuit.
Placer les tubes gradués juste au dessus des électrodes Fermer l'interrupteur tout en déclenchant le
chronomètre. Relever la valeur de l'intensité du courant et la maintenir constante. Observer. L’élève
observe un dégagement gazeux sur chaque électrode.
Arrêter l'électrolyse, lorsque le volume dégagé à une électrode est conséquent et noter la durée de
l'électrolyse. Mesurer les valeurs des volumes dégagés à l'anode et à la cathode. L’élève arrête
l’électrolyse au bout de
t = 15 minutes ; il mesure un volume de gaz de 33 mL à la cathode et 16 mL à
l’anode.
Lorsqu’on approcher une allumette enflammée du tube de la cathode, il se produit une petite explosion.
2. Interprétation
Données : Quelques couples ox/réd…. : O2(g)/H2O H+(aq)/H2(g) S2O82-(aq)/SO42-(aq)
Volume molaire: Vm = 24 L/mol
Charge élémentaire e = 1,6. 10-19 C ; Constante d’Avogadro : NA=6,02.1023mol-1
a. Etude qualitative
Faire un schéma du montage. Indiquer le sens de circulation des électrons dans les parties
métalliques.
Au vu des espèces chimiques présentes initialement, et des observations visuelles, déterminer
parmi les couples proposés ceux mis en jeu lors de l’électrolyse. Ecrire l’équation de la réaction qui
a lieu à chaque électrode.
En déduire l’équation bilan de l’électrolyse.
b. Etude quantitative.
Soit n le nombre d’électrons ayant traversé le circuit pendant la durée t de l’électrolyse.
A partir de la définition de l’intensité du courant électrique, exprimer n en fonction de I, e, NA et t.
Calculer la quantité de matière d’électrons échangés au cours de l’électrolyse.
A partir des demi-équations : exprimer la quantité de matière de gaz formé à chaque électrode en
fonction de n. En déduire le volume de gaz formé en fonction de n. Calculer le volume de
dihydrogène et de dioxygène formé.
Est-ce en accord avec les volumes mesurés ? Calculer l’écart relatif pour chacun des deux gaz.