Aurélie 11/04/12
 

 

   Electrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium : concours kiné Ceerrf 2012.



 

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L'hypochlorite de sodium est utilisé depuis des décennies pour désinfecter l'eau. Ce produit peut être fabriqué
par électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium.
Données  :
Quelques couples oxydant/réducteur : H2O(l) / H2(g) ; Cl2(g) /Cl-aq ; O2(g) /
H2O(l) ; ClO-aq/ Cl2(g).
On prendra: NA.e : 1,0,105 C.mol-1, avec NA constanted'Avogadro et e : charge élémentaire.
Électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium.
Un tube en U contient une solution aqueuse de chlorure de sodium Na+aq + Cl-aq.
Deux électrodes A et B trempent dans la solution, et sont reliées aux bornes d'un générateur de tension continue G.
 
Après plusieurs minutes de fonctionnement, on effectue des tests d'identification des produits formés :
- à une électrode, il s'estformé un dégagement de dichlore.
- à l'autre électrode, il s'est formé un dégagement de dihydrogène et il est apparu en solution des ions hydroxyde HO-.
L'équation de la réaction modélisant l'électrolyse est :
2 H2O (l) + 2 Cl-aq = H2(g) +Cl2(g) + 2HO-aq (1).
À partir des indications de l'énoncé, identifier les deux couples oxydant/réducteur mis en jeu dans l'équation 1 modélisant l'électrolyse.

H2O(l) / H2(g) ; Cl2(g) /Cl-aq.
En déduire quelle est l'espèce chimique qui est oxydée au cours de l'électrolyse.
2Cl-aq = Cl2(g) + 2e- : oxydation des ions chlorure.
Identifier l'électrode (A ou B) à laquelle se produit I'oxydation. Quel gaz se dégage à cette électrode ?
Une oxydation se produit à l'anode positive A : le dichlore se dégage à l'anode.
Le générateur délivre une tension continue d'environ 20 V. L'intensité du courant vaut I : 10 A.
Etablir un tableau d'avancement relatif à la transformation modélisée par l'équation 1.


avancement (mol)
2 H2O (l) + 2 Cl-aq = H2(g) +Cl2(g) + 2HO-aq
initial
0
solvant
en large
excès
n0
0
0
0
en cours
x
n0-2x
x
x
2x
fin
xmax
n0-2xmax xmax xmax 2xmax

En déduire la relation entre la quantité n(e), en mole, d'électrons échangés et la quantité n(Cl2(g)) de dichlore formé lors de la réaction d'équation 1.
2Cl-aq = Cl2(g) + 2e- ;
n(e ) = 2n( Cl2(g)).

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Fabrication d'ion hypochlorite.
Dans cet électrolyseur les ions hydroxyde et le dichlore formés sont consommés lors d'une nouvelle trandormation chimique supposée rapide et totale, dont l'équation est la suivante :
Cl2(g) + 2HO-aq = ClO-aq +Cl-aq + H2O(l). (2)
Établir la relation entre la quantité n(ClO-) d'ions hypochlorite formés et la quantité n(
Cl2(g)) de dichlore consommé dans la réaction d'équation 2.
D'après les nombres stoechiométriques de l'équation (2) :
n(ClO-) =n(Cl2(g)).
La transformation associée à l'équation 2 est supposée totale et rapide.
 En déduire la relation entre n(e) et n(ClO-).
n(e ) = 2n( Cl2(g)) = 2 n(ClO-).
 En déduire l'expression littérale puis la valeur de la quantité de matière maximale d'ions hypochlorite que peut fournir cet appareil, en une durée Dt= 1,0 heure de fonctionnement.
Q =
n(e ) NA e = I Dt ; n(e )= I Dt / (NA e ) ; n(ClO-) = ½ I Dt / (NA e ).
n(ClO-)  =0,5 *10*3600 / 105 =0,18 mol.






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