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 LALUMINIUM (4 points)
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1. Principe de lanodisation
1.1.
1.2. La cathode est le siège dune 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 daluminium pour être oxydée, c'est-à-dire subir une oxydation, doit se trouver à lanode. La borne + du générateur « aspire » les électrons produits par loxydation. 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 sagit dune transformation forcée. Le générateur fournit lénergie électrique nécessaire pour que la réaction ait lieu.
2. Étude quantitative de lélectrolyse
2.1. Soit N le nombre délectrons échangés alors Q = N.e = n(e-).NA.e,
dautre part Q = I.(t.
n(e-) = EMBED Equation.DSMT4
2.2. Daprès 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 = 2,3×102 g
2.4. Rendement r = EMBED Equation.DSMT4 donc EMBED Equation.DSMT4 = r.mmax
EMBED Equation.DSMT4 = 0,90 × 2,3×102 = 2,1×102 g
2.5.1. V(Al2O3) = S.d avec S en cm2 et d = 7,0µm = 7,0×106m = 7,0×104 cm
V(Al2O3) = 9,0×7,0×104 = 6,3×103 cm3
2.5.2. m(Al2O3) = ((Al2O3).V
m(Al2O3) = 4,0×6,3×103 = 2,5×102 g
2.5.3. Si lépaisseur dalumine nest pas obtenue, cest que la masse déposée est trop faible.
Or : m(Al2O3)réelle = r . EMBED Equation.DSMT4 .M(Al2O3)
Seules lintensité du courant et la durée de lélectrolyse sont variables, on peut donc augmenter I ou augmenter (t pour que lépaisseur dalumine augmente.
I
e
CATHODE
ANODE
Bâton de graphite
Pièce daluminium