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

. 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)). . . 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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