EXERCICE III Corrosion et protection des métaux
... 2007- EXERCICE III. Corrosion et protection des métaux (4 points) ... équation
de la réaction d'oxydoréduction : ... Le métal zinc est donc oxydé. L'absence de ...
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Amérique du Sud 2007- EXERCICE III. Corrosion et protection des métaux (4 points)
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1. Exploitation de l'expérience réalisée dans la boîte de Pétri (1).
1.1. La coloration bleue sur la tête et la pointe du clou indique la formation d'ions fer (II) Fe2+(aq) .
La coloration rose dans la partie centrale du clou indique la formation d'ion HO (aq).
Demi-équation électronique traduisant la transformation du métal fer aux extrémités du clou :
Fe (s) = Fe2+(aq) + 2 e (oxydation)
Demi-équation électronique traduisant la transformation qui a lieu dans la partie centrale du clou:
O2 (dissous) + 2 H2O (l) + 4 e = 4 HO (aq) (réduction)
équation de la réaction d'oxydoréduction :
Fe (s) = Fe2+(aq) + 2 e ( ( 2)
O2 (dissous) + 2 H2O (l) + 4 e = 4 HO (aq)
2 Fe(s) + O2 (dissous) + 2 H2O (l) = 2 Fe2+(aq) + 4 HO (aq)
Sur une zone anodique se produit une oxydation.
Sur une zone cathodique se produit une réduction.
2. Exploitation de l'expérience réalisée dans la boîte de Pétri n°2
2.1. La coloration blanche traduit la formation d'ions zinc (II) Zn2+(aq) selon l'oxydation suivante :
Zn (s) = Zn2+(aq) + 2 e (oxydation)
Le métal zinc est donc oxydé.
Labsence de la coloration bleue montre que le fer na pas été oxydé.
Les blocs de zinc fixés sur la coque en acier des bateaux évitent l'oxydation du fer contenu dans l'acier. Le métal zinc est oxydé à la place de l'acier de la coque et cela assure une bonne protection de la coque du bateau.
2.3.1. La tension mesurée par le voltmètre est Uzn-acier = VZn Vacier . Or cette tension est négative donc VZn < Vacier.
En admettant que l'association {coque en acier, eau de mer, bloc de zinc} forme une pile et sachant qu'au potentiel le plus haut est associé la borne positive de la pile on a la polarité suivante :
- la borne positive est la coque en acier
- la borne négative est le bloc de zinc.
2.3.2. Les électrons sont émis par le bloc de zinc (borne négative de la pile) qui est alors oxydé à la place du fer contenu dans l'acier. La protection de la coque est ainsi assurée.
3. Protection par revêtement métallique : Electrozincage.
3.1. Il s'agit de recouvrir la plaque de fer d'une couche de zinc par électrolyse. Sur la plaque de fer se produit donc une réduction de demi-équation électronique Zn2+ (aq) + 2 e = Zn(s)
Le générateur fourni les électrons nécessaires à cette réduction. La plaque de fer est reliée à la borne négative du générateur.
Sur la lame de zinc se produit l'oxydation Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e (la lame de zinc est une anode soluble) les électrons libérés sont « pompés » par la borne positive du générateur.
Remarque: au cours de l'électrolyse la concentration en ion Zn2+(aq) de la solution reste constante.
3.2.1. La masse de zinc à déposer est: m(Zn) = (.V
m(Zn) = 7,14 ( 1,0(103 = 7,14 ( 103 g = 7,14 kg = 7,1 kg
3.2.2. Daprès la demi-équation de réduction Zn2+ (aq) + 2 e = Zn(s), au cours de l'électrolyse, lorsque x moles de zinc sont déposées sur la lame de fer, 2x moles d'électrons ont été échangées,
soit n(e) = 2.x = 2.n(Zn) = 2. EMBED Equation.DSMT4
n(e) = 2( EMBED Equation.DSMT4 = 218 mol
3.2.3. La quantité délectricité mise en jeu lors de lélectrolyse est Q = n(e).F = I.(t.
Alors (t = EMBED Equation.DSMT4
(t = EMBED Equation.DSMT4 = 2,1 (104 s = 5,9 h
Lame de zinc
Coloration rose
Coloration blanche
Coloration rose
Figure 1
Coloration bleue
Tête
Clou
Zone: d'oxydation
Zone: anodique
Zone: DE REDUCTION
Zone: CATHODique
Figure 2
Demi-équation électronique :
Zn2+ (aq) + 2 e = Zn(s)
dépôt de zinc
Demi-équation électronique :
Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e
Plaque de fer
Lame de zinc
Solution aqueuse de sulfate de zinc
générateur
E
I
e
e
-
+
