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Exercice III. 2lectrozincage d'une pièce en acier Spécialité

1.4 Au cours de l'électrolyse, la concentration en ions Zn2+ reste constante. Sur la pièce d'acier, on observe un dépôt de zinc. Pour chaque ion Zn2+ produit à ...




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Réunion 2009 EXERCICE III : ÉLECTROZINGAGE D’UNE PIECE EN ACIER (4 points)
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1. Étude du montage de l’électrolyse

Solution aqueuse acidifiée de sulfate de zinc
1.1


1.2 Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e–


1.3 D’après l’équation ci-dessus,
à l’électrode de zinc, il se produit une
oxydation qui libère des électrons.


1.4 Au cours de l’électrolyse, la concentration en ions Zn2+ reste constante. Sur la pièce d’acier, on observe un dépôt de zinc. Pour chaque ion Zn2+ produit à l’anode, il disparaît un ion Zn2+ à la cathode.
ZnA(s) = Zn2+A(aq) + 2 e– Anode de zinc
 Zn2+C(aq) + 2 e– = ZnC(s) Cathode d’acier
Zn2+C(aq) + ZnA(s) = ZnC(s) + Zn2+A(aq)


2. Nécessité du milieu acide
2.1 Zn2+(aq) + 2 HO–(aq) = Zn(HO)2(s) K =  EMBED Equation.DSMT4 
2.2 Ke = [H3O+(aq)]éq . [HO–(aq)]éq.
d’où : [H3O+(aq)]éq. =  EQ \f(Ke; [HO–(aq)]éq. ) 
et pH = – log [H3O+(aq)]éq.
pH = – log  EQ \f(Ke; [HO–(aq)]éq. ) 
pH = – log EQ \f(1,0 × 10 –14; 3,16 × 10 –9) = 5,5

2.3 Il est nécessaire que le pH soit inférieur à 5,5 pour éviter la précipitation des ions Zn2+ sous forme de Zn(OH)2 . Il serait alors impossible de les réduire en Zn, à déposer sur la cathode.

3. Détermination de la masse de zinc déposée
3.1 D’après la demi-équation Zn2+(aq) + 2 e– = Zn(s) , il faut échanger 2 moles d’électrons pour former une mole d’atomes de zinc. Soit nZn =  EMBED Equation.DSMT4 .
3.2 nZn =  EQ \f(mZn;M(Zn)) donc : mZn = nZn . M(Zn)
mZn  =  EMBED Equation.DSMT4 . M(Zn)
La charge véhiculée dans le circuit pendant une durée (t est Q = I . (t, et est aussi Q =  EMBED Equation.DSMT4 . F.
La quantité d’électrons véhiculée pendant cette durée (t est donc ne- =  EMBED Equation.DSMT4 
Il vient donc mZn =  EMBED Equation.DSMT4 . M(Zn)
3.3 mZn =  EMBED Equation.DSMT4  ( 65,37 = 1,63 g

3.4.1 mZn = ÁZn . VZn et donc le volume de zinc déposé sur les deux faces est : VZn =  EQ \f(mZn; ÁZn) 
Ce volume de zinc se dépose sur les deux faces, donc sur une surface S = 2.d²
L épaisseur du dépôt est e1 =  EMBED Equation.DSMT4 
e1 =  EMBED Equation.DSMTACDMWZpŠ‹Œ£¤¦§ËÌÍúóæÙÌæÌæÙæÙ¼¬ž…ž}yj}y]ÙSB h0Eóh¦M4CJOJQJ^JaJhM*ÆOJQJ^Jh0Eó5OJQJ\^Jj|ØéM
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