TP electrolyse

TS Spécialité chimie Elaborer un produit de consommation
TP2 UTILISATION DE L'ELECTROLYSE DANS DES PROCEDES DE L’INDUSTRIE
Le but de ce TP est de réaliser deux procédés industriels : l'électrozingage de l'acier et l'affinage du métal cuivre.
Sécurité :
La soude concentrée, les acides nitrique, sulfurique et chlorhydrique sont des produits corrosifs. Porter des lunettes et des gants pour les manipuler.
I ) Electrozingage de l'acier
L'électrozingage est un procédé permettant de déposer une couche de métal zinc à la surface d'un acier. Grâce au pouvoir couvrant de cette
couche de zinc, l'acier n'est pas au contact des oxydants atmosphériques et ne subit pas de corrosion.
 Nettoyer la plaque d'acier avec le grattoir et le liquide vaisselle. La
plaque doit être parfaitement propre.
 Préparer l'électrolyte en mélangeant à volumes égaux les solutions
de chlorure de zinc (II) et de chlorure d'ammonium.
 Effectuer le montage d'électrolyse. Agiter la solution à l'aide d'un
agitateur magnétique.
 Fermer l'interrupteur. Régler le rhéostat de manière à avoir une
intensité de quelques dixièmes d'ampère.
 Electrolyser pendant environ 15 minutes et observer la plaque
d'acier.
Remarque : Le montage ci-contre, où deux anodes sont placées symétriquement par
rapport à la plaque d'acier, permet un dépôt de zinc sur les deux faces de la plaque d'acier.
1°/ Seul le couple Zn2+(aq)/Zn(s) intervient dans les phénomènes aux électrodes.
Ecrire les équations de réaction à la cathode et à l'anode, puis l'équation de la
réaction de l'électrolyse.
2°/ La concentration en ions Zn2+(aq) de la solution varie-t-elle au cours de
l'électrolyse ?
3°/ Ce procédé est souvent appelé "à anode soluble", commenter ce terme.
II ) Affinage du métal cuivre
L'électrolyse est utilisée pour purifier des métaux comme le zinc ou le cuivre, c'est-à-dire pour augmenter leur degré de pureté. Nous allons illustrer,
par une expérience de laboratoire, le procédé de purification du cuivre.
 Bien nettoyer la plaque de cuivre. La sécher soigneusement. Peser la
plaque ainsi que le fil de cuivre et relever leur masse avec une précision de
l'ordre du milligramme.
 Réaliser le montage d'électrolyse en suivant le schéma ci-contre. Attention
au branchement des pôles : dans le montage, la cathode est la plaque de
cuivre, l'anode un fil de cuivre. L'électrolyte est constitué d'une solution de
sulfate de cuivre (II) et d'acide sulfurique.
 Placer le bécher sur un agitateur magnétique et agiter la solution
électrolytique. Fermer l'interrupteur. Régler l'intensité du courant à quelques
dixièmes d'ampère. Déclencher immédiatement le chronomètre puis noter la valeur du courant I. Observer les électrodes.
 Au bout d'une durée (de l'ordre d'une quinzaine de minutes) arrêter l'électrolyse. Sécher la plaque ayant servi de cathode. Mesurer sa
masse. En déduire l'augmentation de la masse de la cathode.
4°/ Seul le couple Cu2+(aq) / Cu(s) intervient dans les phénomènes aux électrodes. Ecrire les équations de réaction à la cathode et à
l'anode, puis l'équation de la réaction de l'électrolyse.
5°/ La concentration en ions Cu2+(aq) de la solution varie-t-elle au cours de l'électrolyse ?
6°/ Expliquer pourquoi on peut purifier un métal par ce procédé.
L'augmentation théorique de la masse de la cathode peut être reliée à l'intensité constante I et à la durée de l'électrolyse par la relation :
où F est le faraday : F= 96 500 C.mol-1
7°/ Calculer et la comparer à mesurée. Justifier une éventuelle différence.
8°/ A partir de la masse du fil de cuivre mesurée avant l'expérience, calculer la durée maximum de l'électrolyse.
9°/ Si l'on double l'intensité du courant d'électrolyse, quel sera l'effet sur la durée du processus ?