Dans l'industrie, on prépare le dichlore en
électrolysant une solution aqueuse saturée de
chlorure de sodium. Les compartiments anodique et cathodique
des cellules utilisées sont séparés. A
l'anode, on recueille du dichlore, à la cathode, se
dégage du dihydrogène et il se forme de la
soude.
Ecrire les équations
bilans des réactions intervenant aux
électrodes.
A l'anode oxydation des ions chlorure Cl-(aq )
:
2Cl-(aq) = Cl2(g) +
2e-.
A la cathode, réduction de l'eau :
2H2O + 2e- = H2(g) +
2HO-(aq).
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Une cellule
fonctionne sous une tension de U=6 V. Elle est
parcourue par un courant d'intensité
constante I=30 kA.
Calculer la
durée t (en heures) nécessaire
à l'obtention d'une tonne de
dichlore.
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Masse molaire du dichlore : M = 2*35,5 = 71 g/mol
masse de dichlore : m = 1 t =
103 kg = 106 g.
Quantité de matière
de dichlore n = m/M = 106/71 = 1,41
104 mol.
2Cl-(aq) = Cl2(g) +
2e-.
D'après les nombres
stoechiomètriques la quantité de
matière d'électrons est égale à
2 fois la quantité de matière de dichlore
:
n(e-) = 2* 1,41
104 = 2,82 104 mol.
La charge, en valeur absolue, d'une
mole d'électrons est 96500 C.
Quantité de matière
d'ectricité : Q = 96500*2,82 104 = 2,72
109 C.
De plus Q = It avec I= 3,0
104 A et t en seconde.
t = 2,72 109 / 3,0
104 = 9,1 104 s =
25
heures.
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Calculer
l'énergie électrique W (en kWh)
consommée pour poduire une tonne de
dichlore.
W = Q U = U It
.
U : volt ; I (kA), t( heures) et W ( kWh)
W = 6*30*25 =4,5
103 kWh.
Calculer le volume de
dihydrogène v recueilli dans le temps ainsi
que la masse de soude pur mNaOH
formée. Volume molaire 25
L/mol.
2H2O +
2e- = H2(g) +
2HO-(aq).
D'après les nombres
stoechiomètriques la quantité de
matière d'électrons est égale
à 2 fois la quantité de
matière de dihydrogène :
n(H2) = ½
n(e-) = 0,5*2,82 104 =1,41
104 mol.
Volume de
dihydrogène : 1,41 104 *25 =3,5
105 L = 3,5
102
m3.
D'après les nombres
stoechiomètriques la quantité de
matière d'électrons est égale
à la quantité de matière
d'hydroxyde de sodium.
n(NaOH) = n(e-)
=2,82 104 mol
masse molaire NaOH : M =
23+16+1 = 40 g/mol
masse d'hydroxyde de
sodium :
m = 40*2,82 104
= 1,13 106 g ~
1,1
tonnes.
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