[PDF] TP : Transformations forcées electrolyse

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Nom : Prénom:n°groupe:TP : Transformations forcées, electrolyseConsignes de sécurité de base:Porter une blouse en coton, pas de nu-piedsPorter des lunettes, des gants. Port OBLIGATOIRE !!!Pas de lentilles de contactS'attacher les cheveuxEn cas de doute sur la manière de procéder en manipulant une espèce chimique, demander

au professeur ou se reporter au ''Classeur du laboratoire''.Commentaires :Compétence

expérimentale:Compte rendu:Bilan:1)Transformation spontanée et transformation forcée.1.1)Transformations spontanéeOn s'intéresse au système formé par les couples ox/red (Cu2+/Cu) et (Zn2+/Zn)Cu2+(aq) +Zn(s) =Zn2+(aq) +Cu(s)La constante d'équilibre K associée à cette réaction est égale à 4,0.1036.

Expèrience 1Expèrience 21)D'après la constante d'équilibre dire comment vont évoluer les deux expèriences ?2)Réaliser ces deux expèriences et notez vos observations. Sont elles conformes aux prévisions de

la question précédente ?3)Dans le cas de l'expèrience 1 le quotient de la réaction à l'état initial Qr,i était-il inférieur, égal ou

suppérieur à la constante K ?4)Dans le cas de l'expèrience 2 le quotient de la réaction à l'état initial Qr,i était-il inférieur, égal ou

suppérieur à la constante K ?

1.2)Transformations forcées ; Electrolyse•Décaper les plaques de zinc et de cuivre à

l'aide de papier de verre.•Réaliser le montage ci contre et le faire

vérifier avant d'allumer le générateur .•Régler l'intensité sur 1,0A.•Faire fonctionner le dispositif pendant 5 min

environ et observer attentivement les transformations sur les lames métalliques et dans la solution.5)Complétez vos observations en les faisant apparaître sur le schéma ci-contre.6)Indiquez sur le schéma le sens du courant imposé par le générateur et le sens de déplacement des électrons libres dans les parties métalliques du

circuit.7)Ecrire la demi-équation associée à la lame de cuivre.8)Ecrire la demi-équation associée à la lame de zinc.9)Placez sur le schéma l'anode et la cathode.10)Ce système évolue-t-il de manière spontanée ? Quelle est l'utilité du générateur ?Conclusion :•Une électrolyse est une transformation forcée, imposée par le générateur de courant à un

système chimique. Le système chimique évolue dans le sens inverse de son évolution

spontanée.•Le système chimique s'éloigne de l'état d'équilibre (Qr,eq = K). Le quotient de la réaction

s'éloigne de la constante d'équilibre.2)Electrolyse d'une solution d'acide sulfurique2.1)Manipulation•Mettre des gants et des lunettes et réaliser le montage ci-contre.•Verser à l'aide d'un pot de l'eau pour que les electrodes soient juste immergées.•Verser environ 70 mL d'acide sulfurique concentré dans l'électrolyseur.•Remplir les tubes gradués d'eau distillée, les retourner sur les électrodes et les maintenir à

2-3 mm du fond à laide des pinces.•Régler la tension à E ≈ 4,5V.•Déclancher le chronomètre à la fermeture du circuit.•Ajuster la tension de façon à maintenir une intensité du courant égale à I=250mA.•Faire fonctionner le dispositif pendant Δt=5 min puis arrêter le générateur.•Noter vos observations.•Mesurer les volumes de gaz dégagés aux électrodes au 1 et 2 au bout de la durée Δt.

•Volume de gaz V1 = mL•Volume de gaz V2 = mL•Faire fonctionner de nouveau l'électrolyseur pour finir de remplir le tube de gaz de

l'électrode 2.Données : L'électrolyseur est constitué de deux électrodes de platine inattaquables.Couples (ox/red) (O2(g)/H2O) (H+/H2(g)) (SO42- (aq)/ SO2(aq)) (S2O82-(aq) /SO42-(aq))

Constante des gazs parfaits : R=8,31 SIConstante de Faraday 1F = 96500 C.mol-12.2)Interprétation des résultats11)Indiquer sur le schéma le sens du courant et le sens des électrons. En déduire les électrodes

correspondant à l'anode et à la cahode.12)Faire l'inventaire des espèces chimiques présentes dans l'électrolyseur sachant que l'acide

sulfurique H2SO4 est un acide totalement dissocié dans l'eau.13)Ecrire les demi-équations susceptibles de se produire à l'anode.14)Ecrire les demi-équations susceptibles de se produire à la cathode.15)Quelles sont les observations faites ?16)Quel est le gaz formé à l'anode ?17)Identifier le gaz formé à la cathode en proposant une expèrience simple. La mettre en oeuvre

apèrs accord.18)Ecrire les demi-équations qui se produisent réellement aux deux électrodes.19)Ecrire l'équation de la réaction qui modélise le fonctionnement de l'électrolyse.20)A l'aide d'un tableau d'avancement, montrer que V(H2)=2V(O2).

Le tableau d'avancement de la demi-équation de réaction associée au couple H+/H2(g)21)Evaluer grâce à I et Δt, la quantité d'électricité Q mise en jeu. En déduire la quantité de matière

d'électrons n(e-) ayant été échangés lors de l'électrolyse.22)A partir de l'équation de l'électrolyse, exprimez le nombre d'électrons échangés en fonction de

l'avancement X.23)Exprimer le volume molaire de gaz V(H2)théorique en fonction de l'avancement X. Ce volume

correspond-t-il à celui mesuré lors de la manipulation ?Pour un avancement égal à X , la quantité de H2 est 2X

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