I. Quelle est la technique de l`affinage du cuivre

Affinage du cuivre - Application aux dépôts électrolytiques
Objectifs.
 Réaliser et analyser la méthode de purification du cuivre par électrolyse.
 Utiliser cette technique à la réalisation d'un dépôt électrolytique d’un métal sur un autre.
I. Quelle est la technique de l'affinage du cuivre ?
1. Montage expérimental et protocole.
Vous disposez d'un générateur de tension continue (12 V - 1 A), d'un
rhéostat (33  - 1 A), d'un multimètre.
L'électrolyseur utilisé est constitué :
- d'un becher (ou pot) de 200 mL contenant la solution électrolytique,
- de deux électrodes (plaques de cuivre) soigneusement décapées et
dégraissées, notées A (pour anode) et C (pour cathode).
Ne pas toucher ces électrodes avec les doigts.
 Peser les électrodes et noter leurs masses respectives au centigramme près.
 Dessiner le schéma du circuit électrique à réaliser pour effectuer une électrolyse en y insérant les
appareils nécessaires pour pouvoir régler et mesurer l’intensité du courant.
 Préciser sur le montage les places de l'anode et de la cathode.
 Réaliser le montage sans brancher le générateur. Vous disposez d'une planchette de bois pour
fixer les électrodes.
Faire vérifier par le professeur.
 Verser dans le becher 150 mL environ de solution de sulfate de cuivre (II) à la concentration
molaire de 1,0 mol.L-1 dans laquelle les électrodes plongent jusqu’à mi hauteur.
 Installer sous le becher un agitateur magnétique en évitant que le turbulent heurte les plaques de
cuivre lors de sa rotation.
 Mettre le générateur sous tension et régler rapidement l’intensité du courant à 0,50 A.
 Déclencher le chronomètre. La durée de l'électrolyse est fixée à 30 minutes.
L'agitation constante de la solution est essentielle pour assurer la stabilité du courant !
Pendant la durée de cette opération, passez aux questions 2 et 3
 Au bout de 30 minutes, ouvrir le circuit, extraire les deux plaques et les rincer à l’eau distillée.
 Observer et décrire l'état des deux électrodes.
 Sécher doucement les deux électrodes à l'aide d'un sèche-cheveux électrique. Peser à nouveau
chaque électrode et calculer la variation de leur masse respective.
2. Comment interpréter cette électrolyse ?
 Compléter le schéma ci-contre en indiquant :
- la position de A et de C,
- le sens du courant dans le circuit électrique,
- le sens de déplacement des électrons dans les conducteurs métalliques,
- le sens de déplacement des ions cuivre(II) dans la solution électrolytique.
Cu2+

 Identifier l'électrode à laquelle se produit la réaction d'oxydation et l'électrode à laquelle se
produit la réaction de réduction. Ecrire les réactions aux électrodes.
(Couple en jeu : Cu2+ /Cu)
 En déduire la réaction d'oxydo-réduction correspondant à la transformation chimique provoquée
par le passage du courant dans le circuit.
 Justifier l'expression "électrolyse à anode soluble".
 Pourquoi cette technique permet-elle de purifier du cuivre contenant des traces de métaux
précieux inoxydables dans ces conditions ?
3. Peut-on prévoir la masse du dépôt de cuivre ?
Données physico-chimiques :
Charge élémentaire : 1,6.10-19 C Constante d’Avogadro : 6,02.1023 mol-1
Masse molaire du cuivre : MCu = 63,5 g.mol-1
 Quelle est la quantité d'électricité (en C) qui a permis le dépôt d'une mole d' atomes de cuivre à la
cathode de l'électrolyseur ?
 Calculer la quantité d’électricité (Q = I.t) qui a traversé le circuit pendant la durée de
l'électrolyse.
 En déduire la masse théorique du dépôt de cuivre. La comparer à la masse mesurée.
II. Une application aux dépôts électrolytiques.
1. Situation-problème.
On vous propose de réaliser un dépôt de zinc sur une lame de fer par électrozingage.
 Dresser la liste du matériel et des produits nécessaires pour y parvenir.
 Dessiner le schéma électrique du montage, puis le réaliser.
Faire vérifier par le professeur.
 Immerger les électrodes de quelques cm dans la solution électrolytique.
 Fixer la durée de l'électrolyse à 15 minutes et l'intensité du courant à 0,40 A.
En attendant la fin de cette électrolyse...
 Ecrire les réactions aux électrodes.
(couple en jeu : Zn2+ / Zn).
 Calculer la masse théorique du dépôt de zinc.
Données physico-chimiques :
Masse molaire du zinc :MZn = 65,4 g.mol-1 Masse volumique du zinc : µ = 7,1 g.cm-3
2. Vos prévisions sont-elles vérifiées ?
Au bout de 15 minutes, ouvrir le circuit, extraire la cathode de l’électrolyseur avec précaution et la
rincer à l’eau distillée.
Sécher doucement l'électrode à l'aide d'un sèche-cheveux électrique.
Déterminer la masse du dépôt métallique.
 Comparer à la valeur attendue.
 Après avoir déterminé la surface du dépôt métallique, calculer l'épaisseur moyenne de ce dépôt.
 Quel peut être l'intérêt du recouvrement d'une pièce de fer par du zinc ?