élaboration du zinc par électrolyse 6,5pts SANS Calculatrice
2003 Réunion Exercice II. élaboration du zinc par électrolyse (6,5 points)
Calculatrice interdite. Correction http://labolycee.free.fr ©. A - Étude de la ...
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e seul gaz dégagé est le dioxygène.
On a donc les deux demi-équations suivantes :
Oxydation 2 H2O(l) = O2 (g) + 4 e + 4 H+(aq) (1)
Réduction Zn2+ + 2 e = Zn(s) (2)
En faisant (1) + 2((2), on obtient
2 H2O(l) + 2 Zn2+(aq) = O2 (g) + 4 H+(aq) + 2 Zn(s)
on peut tout diviser par deux
alors on a Zn2+(aq) + H2O (l) = Zn(s) + EMBED Equation.DSMT4 O2 (g) + 2 H+(aq).
Remarque : Il est possible d'utiliser des coefficients stchiométriques non entiers (ils doivent être écrits sous forme de fraction), en effet on raisonne à l'échelle macroscopique, c'est à dire en moles. Or il est possible d'obtenir une demi mole. Lorsqu'on raisonnait au niveau microscopique (au collège), il n'était pas concevable d'obtenir une demi molécule.
4. Cette transformation chimique est une transformation forcée. En effet l'eau et les ions Zn2+ ne réagissent pas ensemble spontanément dans la solution aqueuse de sulfate de zinc, on n'observe jamais l'apparition spontanée de métal Zn(s) dans une telle solution.
Pour que cette transformation chimique ait lieu, le générateur est nécessaire, il apporte de l'énergie aux réactifs.
Vérification théorique : Il faudrait calculer le quotient de réaction dans l'état initial Qr,i et on constaterait que Qr,i est supérieur à la constante d'équilibre K. Ce qui indiquerait que la transformation a lieu spontanément en sens inverse.
5.équation chimique Zn2+(aq) + H2O (l) = Zn(s) + EMBED Equation.DSMT4 O2 (g) + 2 H+(aq)État du systèmeAvancement (mol)Quantités de matière (mol)État initialx = 0nexcèsnZn = 0 EMBED Equation.DSMT4 = 0beaucoupEn cours de transformationxn xexcèsx EMBED Equation.DSMT4 beaucoupÉtat finalxfn xfexcèsxf EMBED Equation.DSMT4 beaucoupL'eau est le solvant présent en grande quantité donc en excès. La solution de sulfate de zinc est acidifiée avec de l'acide sulfurique qui apporte dans l'état initial une grande quantité d'ions hydrogène H+(aq).
B - Exploitations
1. A chaque fois que la réaction a lieu une fois, ce sont deux électrons qui circulent dans le circuit. La réaction a lieu x mol de fois.
Q = 2 x.F
2. D'après le tableau d'avancement nzn = xf , soit Q = 2.nZn.F.
et nZn = EMBED Equation.DSMT4 donc Q = 2. EMBED Equation.DSMT4 .F.
D'autre part Q = I.(t
donc 2. EMBED Equation.DSMT4 .F = I.(t
mZn = EMBED Equation.DSMT4
mZn = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4
mZn = EMBED Equation.DSMT4
mZn = 4,5.106 g soit 4,5 tonnes donc un ordre de grandeur de 106 g.
3. La masse de zinc réellement obtenue est plus faible :
Il est possible que la réaction de réduction des ions H+ en dihydrogène gazeux ait lieu en même temps que celle de réduction des ions Zn2+. Ainsi une partie des électrons mis en circulation par le générateur ne serait pas disponible pour réduire Zn2+ en zinc métallique.
ou
Le rendement de la réduction de Zn2+ n'est pas de 100 %.
ou
L'énoncé indique "L'intensité du courant peut atteindre 80 kA", alors l'intensité du courant n'est peut être pas constante.
4. D'après le tableau d'avancement EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 et EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 .
Q = 2 xf.F donc Q = 4 EMBED Equation.DSMT4 .F
Q = 4 EMBED Equation.DSMT4 .F
Le rendement de la réaction étant de ( = 80%, on a v = (. EMBED Equation.DSMT4 (=0,80. EMBED Equation.DSMT4 ) ou EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4
Q = 4. EMBED Equation.DSMT4 .F
D'autre part Q = I.(t, donc 4. EMBED Equation.DSMT4 .F = I.(t
v = EMBED Equation.DSMT4
v = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4
v = EMBED Equation.DSMT4 = 1,4.105( EMBED Equation.DSMT4 ( 24 = 1,4.105(4,8
v = 6,7.105 L, donc ordre de grandeur de 106 L.
Anions
Cations
Anode
Cathode
électrons
-
+
