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Exercice III Anodisation de l'aluminium (4 points)

1.6. Il s'agit d'une transformation forcée. Le générateur fournit l'énergie électrique nécessaire pour que la réaction ait lieu. 2. Étude quantitative de l'électrolyse.




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Bac S 2012 Amérique du nord EXERCICE III : ANODISATION DE L’ALUMINIUM (4 points)
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1. Principe de l’anodisation
1.1.
















1.2. La cathode est le siège d’une réduction, de plus il se produit un dégagement gazeux. Seul le couple H+(aq)/H2(g) convient car H+ est un oxydant et au cours de la réduction cathodique il se formera du dihydrogène gazeux : 2 H+(aq) + 2 e– = H2(g).

1.3. La pièce d’aluminium pour être oxydée, c'est-à-dire subir une oxydation, doit se trouver à l’anode. La borne + du générateur « aspire » les électrons produits par l’oxydation. Voir schéma du 1.1..

1.4. 2 Al(s) + 3 H2O(l) = Al2O3(s) + 6 e– + 6 H+(aq)

1.5. oxydation 2Al(s) + 3H2O(l) = Al2O3(s) + 6 e– + 6H+(aq) (×1)
réduction 2H+(aq) + 2e– = H2(g) (×3)

2Al(s) + 3H2O(l) + 6H+(aq) = Al2O3(s)+ 6H+(aq) + 3 H2(g)
Soit : 2Al(s) + 3H2O(l) = Al2O3(s) + 3 H2(g)

1.6. Il s’agit d’une transformation forcée. Le générateur fournit l’énergie électrique nécessaire pour que la réaction ait lieu.

2. Étude quantitative de l’électrolyse

2.1. Soit N le nombre d’électrons échangés alors Q = N.e = n(e-).NA.e,
d’autre part Q = I.(t.
n(e-) =  EMBED Equation.DSMT4 

2.2. D’après la demi-équation (vue en 1.4.) 2Al(s) + 3H2O(l) = Al2O3(s) + 6 e– + 6H+(aq)
n(Al2O3) =  EMBED Equation.DSMT4 
2.3. mmax = m(Al2O3) = n(Al2O3).M(Al2O3)
Or n(Al2O3) =  EMBED Equation.DSMT4  et n(e-) =  EMBED Equation.DSMT4 
mmax =  EMBED Equation.DSMT4 .M(Al2O3)
mmax =  EMBED Equation.DSMT4  = 2,3×10–2 g
2.4. Rendement r =  EMBED Equation.DSMT4  donc  EMBED Equation.DSMT4  = r.mmax
 EMBED Equation.DSMT4  = 0,90 × 2,3×10–2 = 2,1×10–2 g

2.5.1. V’(Al2O3) = S.d avec S en cm2 et d = 7,0µm = 7,0×10–6m = 7,0×10–4 cm
V’(Al2O3) = 9,0×7,0×10–4 = 6,3×10–3 cm3

2.5.2. m’(Al2O3) = ((Al2O3).V’
m’(Al2O3) = 4,0×6,3×10–3 = 2,5×10–2 g

2.5.3. Si l’épaisseur d’alumine n’est pas obtenue, c’est que la masse déposée est trop faible.
Or : m(Al2O3)réelle = r .  EMBED Equation.DSMT4 .M(Al2O3)
Seules l’intensité du courant et la durée de l’électrolyse sont variables, on peut donc augmenter I ou augmenter (t pour que l’épaisseur d’alumine augmente.
I

e–

CATHODE

ANODE

Bâton de graphite


Pièce d’aluminium



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