Chapitre 7 L`ÉLECTROLYSE – LES PILES

Chapitre 7
L'ÉLECTROLYSE – LES PILES
Sommaire
–1. L'électrolyse
–2. L'électrolyse industrielle
–3. Les piles hydro-électriques
1. L'ÉLECTROLYSE
1.1 Électrolyse du chlorure de cuivre (II), CuCl2
Expérience
Deux électrodes en graphite reliées aux bornes d'un générateur
plongent dans les deux branches d'un tube en U contenant une solution
de chlorure de cuivre (II).
Nous observons dans la solution de chlorure de cuivre :
–à l'anode (borne +) : il se dégage un gaz, reconnaissable à son odeur et à sa
propriété de décolorer l'encre, c'est du chlore.
–à la cathode (borne -) : il se dépose du cuivre.
1.2 Définition
Une électrolyte est une substance susceptible d'être décomposée en solution (mélange
homogène de 2 ou plusieurs sortes de molécules) par passage du courant électrique.
1.3 Mécanisme de l'électrolyse
Une molécule de chlorure de cuivre (II), CuCl2, est constituée d'un atome de cuivre (Cu)
et de 2 atomes de chlore (Cl).
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1.3.1 Dissociation des ions
Préalablement à tout passage du courant, l'électrolyte dissous est
dissocié en ions.
L'ion Cu2+ est un atome ayant perdu 2 électrons. Il est chargé
d'électricité positive. C'est un ion positif, ou cation, Cu2+.
L'ion Cl- est un atome ayant capté un des électrons du Cu. Il est donc
chargé d'électricité négative. C'est un ion négatif, ou anion, Cl-.
1.3.2 Migration des ions
Lorsque le courant passe dans l'électrolyte, l'expérience nous montre
que :
Les cations Cu2+ se dirigent vers la cathode (-). D'où leur nom de
« cations ».
Les anions Cl- se dirigent vers l'anode (+). D'où leur nom de « anions ».
1.3.3 Neutralisation des ions
Au contact de la cathode (–) plongeant dans l'électrolyte, chaque cation Cu2+ a donc
capté au générateur 2 électrons qu'il avait perdus et est redevenu un atome
électriquement neutre.
Le cuivre (électriquement neutre) se dépose à la cathode (-).
Au contact de l'anode (+) plongeant dans l'électrolyte, chaque anion Cl- a donc 1 électron
et est redevenu un atome électriquement neutre. Une molécule de gaz chlore Cl2
(électriquement neutre) se dégage à l'anode (+). Ces électrons :
–sont captés par la borne positive à l'extérieur du générateur,
–puis dans le générateur, ils se dirigent vers la borne négative,
–de là, ils retournent à la cathode (-) plongeant dans l'électrolyte.
1.4 Conclusion
En général, lors de l'électrolyse d'une solution d'un sel métallique :
–Le métal se dépose à la cathode (-),
–Un gaz se dégage à l'anode (+).
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2. L'ÉLECTROLYSE INDUSTRIELLE
2.1 Expérience
L'électrolyte est constitué de sulfate de cuivre.
L'anode est en cuivre.
La cathode est en fer.
Faisons passer un courant électrique.
Qu'observons-nous ?
La tige en fer se recouvre progressivement de
cuivre. La tige de cuivre s'amincit.
2.2 Conclusion
Il y a transport de cuivre de la tige en cuivre (anode) vers la tige en fer (cathode).
2.3 Applications
2.3.1 Galvanisation
La galvanisation consiste à recouvrir des objets d'une couche mince de métal pour :
–les protéger de l'oxydation (chromage, cuivrage, …)
–leur donner une présentation luxueuse (argenture des couverts, des plats,...)
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Galvanisation à chaud par immersion dans un bain de zinc fondu.
Source : galvazinc.com
Cuivrage électrolytique.
Source : pageperso-orange.fr/alain.vassel/electrochimie.htm

2.3.2 Galvanoplastie
La galvanoplastie consiste à reproduire des objets par dépôt de métal. Soit à reproduire
un disque microsillon. On fabrique un moule recouvrant le disque original de matière
plastique. Ce moule est ensuite enduit d'un conducteur. On recouvre le moule d'une
mince couche de cuivre par une électrolyse. Cette mince couche de cuivre sera
consolidée par coulage d'un métal au dos. La matrice à reproduire les disques est ainsi
prête.
2.3.3 Raffinage des métaux
Le raffinage d'un métal consiste à obtenir ce métal le plus pur possible.
2.3.4 Électrométallurgie
L' électrométallurgie consiste à extraire le métal d'un minerai par l'électrolyse.
Exemple : pour l'aluminium, on réalise une électrolyse de sels de l'aluminium extrait de la
bauxite (minerai).
2.3.5 Fabrication de certains produits
L'oxygène s'obtient par l'électrolyse de l'eau.
L'hydrogène s'obtient par l'électrolyse de l'eau, d'une solution de NaCl.
Le chlore s'obtient par l'électrolyse d'une solution de NaCl.
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Le moule de résine est enduit de graphite pour le rendre conducteur.
Source : CNDP et la cinquième.

3. LES PILES HYDRO-ÉLECTRIQUES
3.1 Expériences
Plonger des électrodes de même nature
ou de natures différentes dans divers
électrolytes.
Modifier l'écartement des électrodes.
Modifier les dimensions des électrodes.
Modifier les dimensions des récipients.
Modifier la nature de l'électrolyte..
Qu'observons-nous ?
Il n'apparaît une tension électrique ou d.d.p. que lorsque les électrodes sont de natures
différentes. La grandeur de la d.d.p. ne dépend que de la nature de l'électrolyte et des
électrodes.
Conclusions
Deux électrodes de natures différentes plongeant dans un électrolyte constituent un
générateur de courant électrique. On le nomme «pile».
La pile transforme de l'énergie chimique en énergie électrique.
La d. d. p. qui existe :
–dépend :
–a) de la nature de l'électrolyte,
–b) de la nature des électrodes,
–est indépendante :
–a) de la distance entre électrodes,
–b) des dimensions des électrodes,
–c) des dimensions de la cuve.
3.2 La pile de Volta (1800)
Elle est constituée alternativement d'un empilement de rondelles
de Cu et de Zn séparées par des morceaux de feutre imbibé d'une
solution d'acide sulfurique étendue d'eau. Il a également existé
de nombreuses autres piles, mais actuellement une seule subsiste
sur le marché. C'est la pile de Leclanché.
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