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Imposer un sens d’évolution : exercice

Par Mathieu le 09/04/2011 Ressources > Physique-Chimie > Terminale S > Les Principales Notions de l’Électrolyse

I : ÉLECTROLYSE D’UNE SOLUTION DE CHLORURE D’ÉTAIN À C = 0,1 MOL.L-1

Le dichlore oxyde spontanément l’étain pour donner des ions Sn2+ et Cl-. La constante est K = 7.1050.

Écrire l’équation de cette transformation spontanée après avoir calculé le Qr,i.

 

Cl2 + Sn = Sn2+ + 2Cl-.

 

Qr,i = [ Sn2+]i x [ Cl- ]2i = ( 0,1 ) x ( 0,1 )2 = 0,13 = 10-3.

Le Qr,i << K donc le sens spontané est le sens direct soit : Cl2 + Sn → Sn2+ + 2Cl-.

 

BORNE RELIÉE AU + DU GÉNÉRATEUR.

BORNE RELIÉE AU – DU GÉNÉRATEUR.

On observe un dégagement gazeux.

→ Du gaz jaune odorant, du Cl2.

 

Demi-équation : 2Cl- = Cl2 + 2e-.

 

Il s’agit d’une oxydation. Cette électrode s’appelle anode.

On observe un dépôt noir métallique.

→ C’est du métal étain.

 

Demi-équation : Sn2+ + 2e- = Sn.

 

Il s’agit d’une réduction. Cette électrode s’appelle cathode.

BILAN : ÉCRIRE L’ÉQUATION DE LA RÉACTION QUI SE PRODUIT. COMPARER À LA RÉACTION PRÉCÉDENTE.

 

2Cl- = Cl2 + 2e-

Sn2+ + 2e- = Sn

2Cl- + Sn2+ → Sn + Cl2

Il s’agit ici de la réaction inverse du sens spontané.

CONCLUSION : Le générateur impose le sens du courant opposé à celui qui correspond à l’évolution spontanée de la réaction. L’électrolyse est une transformation indirecte.

II : ÉLECTROLYSE D’UNE SOLUTION DE CHLORURE DE SODIUM

III : BILAN ÉLECTROLYTIQUE

EXERCICE 1 : QUANTITÉS MISES EN JEU.

DEMI-ÉQUATIONS : Sn2+ +2e- = Sn et 2Cl- = Cl2 + 2e-.

ÉQUATION DE LA RÉACTION : Sn2+ + 2Cl- = Sn + Cl2.

CHARGE ÉLECTRIQUE TRANSFÉRÉE :

ÉTAT

AVANCEMENT

Sn2+ + 2Cl- = Cl2 + Sn

Initial :

x = 0

n1

n2

0

0

À t :

x > 0

n1 – x

n2 – x

x

x

Pour x mol de Sn produit ou de Cl2 dégagé, on 2x mol d’électrons échangés soit une charge électrique produite de Q = 2x . NA . e = 2x . F

L’électrolyse a fonctionné pendant 40 minutes avec une intensité de courant de 0,1A. Déterminer la masse d’étain formé et la volume de Cl2 dégagé. ( Vm = 25 L.mol-1 )

Q = I . Δt = 2x . F d’où x = ( I . Δt ) / 2F

On en déduit que x = ( 0,1 . 40 . 60 ) / ( 2 . 96500 ) = 1,24 . 10-3 mol.

mSn = nSn . M = x . M = 147 mg.

VCl2 = nCl2 . Vm = x . Vm = 1,24 . 10-3 . 25 = 31 mL.

BILAN ÉNERGÉTIQUE :

Le générateur fourni P = Ugéné . I

L’électrolyseur reçoit : Preçu = Uélec . I

L’énergie reçu est W = U . I . Δt

Uélec = E’ + r’.I

We = ( E’ + r’I ) . I . Δt = ( E’ x I x Δt ) + ( r’ x I2 x Δt )

( E’ x I x Δt ) : consommé par les réactions.

( r’ x I2 x Δt ) : perdue par effet Joule ( chaleur ).

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