TP electrolyse

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.
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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.
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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 ?
TS Spécialité chimie
Elaborer un produit de consommation