Transformation forcée: l`électrolyse

Transformation forcée: l'électrolyse
On pourra utiliser le tableau des éléments les plus courants pour déterminer les masse molaires
atomiques des éléments chimiques cités dans les exercices suivants:
Exercice 1
On prépare le cadmium en réalisant l'électrolyse d'une solution de sulfate de cadmium et d'acide
sulfurique. La cathode utilisée est en aluminium et l'anode est en plomb.
L'intensité du courant permettant de réaliser cette électrolyse est constante et vaut I=25,0kA. La
tension entre les électrodes est U=1,7V.
1. Donner les équations des réactions qui peuvent se produire à chaque électrode.
2. En fait, on observe un dépôt métallique à la cathode et un dégagement gazeux à l'anode. Ecrire
l'équation représentant le bilan électrochimique de cette électrolyse.
3. Déterminer la masse de métal déposé au bout de t=12,0h d'électrolyse.
Données: 1F = 9,65.104 C.mol-1.
Couples oxydant / réducteur des espèces présentes
Al3+ (aq)/ Al(s)
O2(g) / H2O(l)
SO42-(aq) / SO2(g)
Pb2+(aq) / Pb(s)
H+(aq) / H2(g)
Cd2+(aq) / Cd(s)
S2O82-(aq) / SO42-(aq)
Exercice 2
On désire déterminer expérimentalement une valeur de la constante de Faraday F. Pour cela on
réalise une électrolyse d'une solution de sulfate de cuivre (c=1,0mol.L -1) entre électrodes de
cuivre. Le bilan de cette électrolyse est un dépôt de cuivre à la cathode et une oxydation du cuivre
à l'anode. L'intensité du courant est I=312mA et la durée de l'expérience est t=30,0min.
1. Donner les équations des réactions aux électrodes.
2. Déterminer la quantité d'électricité mise en jeu.
3. La masse de la cathode a augmenté de m=0,185g. Déterminer la quantité de matière n de
cuivre déposée à la cathode.
4. En déduire une valeur du faraday.
Exercice 3
Le dibrome en solution aqueuse oxyde l'argent métallique pour donner des ions argent Ag+ et des
ions bromure Br- sous forme d'un précipité de bromure d'argent AgBr.
1. Donner l'équation de cette réaction en utilisant les nombres stoéchiométriques entiers les plus
petits possibles.
2. La constante d'équilibre associée à cette réaction est K=1,0.1034. Indiquer comment évolue un
système chimique formé de dibrome en solution aqueuse et d'argent métallique. Que peut-on
dire de l'avancement de cette réaction (pas de calcul)?
3. L'émulsion photographique d'une pellicule noir et blanc est constituée de cristaux de bromure
d'argent en suspension dans de la gélatine.
Lors d'une prise de vue, un ion bromure perd un électron sous l'action de la lumière. Cet
électron est capté par un ion argent pour donner un atome d'argent. L'ensemble des atomes
d'argent obtenus constitue l'image latente.
a. Indiquer, en justifiant la réponse, comment évolue un système chimique formé d'ions bromure et
d'ions argent dans l'obscurité. Que peut-on dire de l'avancement de cette transformation?
b. La transformation qui conduit à la formation de l'image latente est-elle spontanée ou forcée?
Justifier (d'où provient l'énergie nécessaire?).
c. Quelle est la nature (oxydation ou réduction) de la réaction qui met en jeu l'ion argent lors de la
formation de l'image latente?
Exercice 4
On désire recouvrir de nickel un objet en cuivre. Pour cela, on se propose de plonger l'objet en
cuivre dans une solution aqueuse de chlorure de nickel (II) de concentration 1,0mol.L-1.
1. Ecrire l'équation de la réaction entre le cuivre et les ions nickel (II) en utilisant les nombres
stoéchiométriques entiers les plus petits possibles.
2. La constante d'équilibre associée à cette équation est K=4,8.10-20. Que pensez-vous de la
méthode proposée? Justifier.
3. On préfère réaliser ce nickelage de la pièce de cuivre par électrolyse. L'une des électrodes est
en nickel, l'électrolyte est toujours une solution aqueuse de chlorure de nickel (II).
Faire un schéma détaillé du montage (préciser, en particulier, quelle est l'anode et quelle est la
cathode).
4. On dépose sur l'objet en cuivre, de surface immergée S=400cm 2, une couche de nickel
d'épaisseur d=20µm.
a. Déterminer la masse de nickel déposée.
b. Déterminer la quantité d'électricité qui doit traverser l'électrolyseur.
c. Déterminer la durée de cette opération?
Donnée: Masse volumique du nickel: µ=8,9g.cm -3.