Analyse détaillée d'exercices réalisés sous forme de QCM. Electrolyse

Bromure de cuivre (II). Texte : solution de bromure de cuivre (II) : volume V = 200 mL ; concentration C = 0,25 mol/L ; intensité constante I = 1 A pendant une durée Dt = 15 min. Observations : dépôt métallique sur une électrode et coloration rouge brune de la solution sur l'autre. Données : Couples redox : Br2/ Br-; Cu2+ / Cu ; 1 faraday = 96500 C/mol ; M(Cu) = 63,5 g/mol. Analyse : Question relative aux réactions aux électrodes. A la cathode négative, réduction des ions cuivre (II) : Cu2+aq + 2e- = Cu(s). Le dépôt métallique se produit toujours à la cathode. A l'anode positive, oxydation des ions bromure Br-aq : 2Br-aq = Br2 +2e-. Question relative à la quantité d'électricité. Q= I Dt avec Dt = 15*60 = 900 s. Q = 1*900 = 900 C=900 /3600 = 0,25 Ah. Or Q = 96500 n(e-) d'où n(e-) =900/96500 =9,33 10-3 mol.   Question relative à la variation de masse d'une électrode. Cu2+aq + 2e- = Cu(s). n(Cu(s ) anode) = ½ n(e-) =0,5*9,33 10-3 = 4,66 10-3 mol. masse g) = quantité de matière (mol) * masse molaire (g/mol) m = 4,66 10-3*63,5 = 0,30 g.   Electrolyse. Texte : solution de sulfate de cadmium : V1 = 2,5 L ; C1 = 0,5 mol/L ; et d'acide sulfurique : V2 = 0,5 L ; C2 = 1 mol/L ; Electrodes : cathode en aluminium et anode en plomb. Intensité constante I = 1,5 A ; durée Dt = 2 h 35 min. Observations : dépôt métallique à la cathode et dégagement gazeux à l'anode. On donne : Vm = 25 L/mol ; 1 F = 9,65 104 C mol-1. Couples oxydant / réducteur : Al3+(aq) / Al(s) ; Pb2+(aq) / Pb(s) ; Cd2+(aq) / Cd(s) ; O2(g) / H2O(l) ; H+(aq) / H2(g) Analyse : Question relative au dégagement gazeux. A l'anode une oxydation se produit. Au regard des couples oxydant / réducteur en présence, seule l'eau peut s'oxyder en dioxygène suivant : H2O = ½O2 + 2H+ + 2e-. La quantité de matière (mol) de dioxygène est donc 4 fois plus faible que la quantité de matière d'électrons n(O2 )= 0,25 n(e-). (1) Question relative à la quantité de matière d'électron. Quantité d'électricité Q= I Dt. Dt = 2*3600 + 35*60 =9300 s. Q = 1,5*9300 = 13950 C Or Q = 96 500 n(e-) ; n(e-) = 13950/96500 =0,1445 mol. Question relative au volume de gaz. (1) donne n(O2) = 0,25*0,1445 = 0,0361 mol V = n(O2) *Vm = 0,0361*25 =0,90 L.     Web www.chimix.com Sulfate de cuivre : électrodes de cuivre. Texte : solution de sulfate de cuivre ( Cu2+aq ; SO42- aq) : concentration c=0,25 mol/L ; volume V= 400 mL = 0,4 L. L'intensité du courant I est constante I=0,5 A pendant la durée Dt= 20 min de l'expérience. 1 F = 9,65 104 C /mol ; M( cuivre) = 63,5 g/mol. Couple oxydant réducteur Cu2+/Cu. Analyse : Question relative à l'équation de la réaction. A la cathode négative, réduction de Cu2+(aq) suivant :  Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s) cathode A l'anode positive oxydation du métal de l'électrode : ( la masse de l'anode diminue donc) Cu(s ) anode = Cu2+(aq) + 2e- Bilan : Cu2+(aq) +Cu(s ) anode = Cu2+(aq) +Cu(s) cathode Tout se passe comme s'il y avait transfert du cuivre de l'anode ( dite "soluble") à la cathode. Question relative à la quantité de matière d'électrons. Q= I Dt avec Dt = 20*60 = 1200 s. Q = 0,5*1200 = 600 C. Or Q = 96500 n(e-) d'où n(e-) =600/96500 =6,22 10-3 mol. Question relative à la variation de masse de l'anode. A l'anode positive oxydation du métal de l'électrode : ( la masse de l'anode diminue donc) Cu(s ) anode = Cu2+(aq) + 2e- n(Cu(s ) anode) = ½ n(e-) =0,5*6,22 10-3 = 3,11 10-3 mol. masse g) = quantité de matière (mol) * masse molaire (g/mol) m = 3,11 10-3*63,5 = 0,197 g.

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