Octobre 2016

16/10/2016 DV01b_2016_2017_corr.doc 1/2

Octobre 2016 Page : 1 / 2 Devoir n°1 - Corrigé T

S

Zingage d’un acier

1. Questions préliminaires (11 points)

1.1. La galvanisation à chaud : la pièce d’acier est immergée dans un bain de zinc liquide, qui se dépose donc tout autour de la pièce.

L’électrozingage : La pièce à protéger constitue la cathode d’un montage électrolytique : des ions Zn²⁺ sont alors réduits en zinc métallique qui se déposent alors sur la pièce.

1.2. Le sens conventionnel du courant I sort de la borne positive du générateur.

Le sens de circulation des électrons est dans le sens contraire

1.3. Il s’agit d’une réduction, donc la pièce doit être branchée à l’électrode 2 , du coté où les électrons sont consommés.

1.4. On a : Zn²⁺(aq) + 2 e^-  Zn (s). Il s’agit d’une oxydation, donc cette électrode s’appelle l’anode. Le zinc métallique constituant cette électrode se dissout en ions Zn²⁺, d’où le terme d’électrode soluble.

1.5. On ne doit pas réintroduire d’ions dans le bain, puisque les ions Zn²⁺ réduits à la cathode sont remplacés par autant d’ions à l’anode suite à l’oxydation.

Par contre il faut changer l’anode de zinc puisque elle finit par se dissoudre totalement.

2. Problème (9 points)

 Pour calculer la durée nécessaire au dépôt, utilisons la formule : Q = I  t = n(

e

) 

e

) 

I

 Il faut donc au préalable déterminer l’intensité I du courant et la quantité d’électrons n(

e

1) Calcul de l’intensité I du courant :

 La densité de courant étant de 500 A.m^-2 (d’après le doc. 3) et la surface à protéger étant S = 1,90  10^-2 m² I = j  S = 500  1,90  10^-2 = 9,50 A

2) Calcul de la quantité d’électrons n(

e

)

 D’après la demi-équation de réduction se produisant à la cathode : Zn²⁺(aq) + 2 e^-  Zn (s).

Pour produire 1 mole de zinc, il faut que le générateur fournisse 2 moles d’électrons : n(

e

 Calculons la quantité (en mol) de zinc déposé à la cathode :

Volume de zinc (en m³) déposé sur une épaisseur e = 80 µm = 80  10^-6 m

V(Zn) = S  e = 1,90  10^-2  80  10^-6 = 1,5  10^-6 m³ (2 chiffres significatifs comme la valeur de e)

 Masse de zinc correspondante :

m(Zn) = µ(Zn)  V(Zn) = 7134  1,5  10^-6 = 1,1  10^-2 kg = 11 g

 n(Zn)= m(Zn) M(Zn) = 11

65,4 = 1,7  10^-1 mol = 0,17 mol

 On en déduit la quantité d’électrons : n(

e

e

) 

I = 0,34  9,65  10⁴

9,50 = 3,5  10³ s On peut estimer la durée à environ 3,5  10³ s (soit 58 min).

 Regard critique : Pour un processus industriel, qui doit déposer 11 g de zinc, cette durée paraît cohérente. Dans la réalité il faudra peut être un peu plus de temps car toute l’énergie électrique n’ est pas entièrement utilisée pour la réaction chimique (perte d’énergie).

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1.1 1 2 3 4 5 6 7 8

/32 1.2 1 2 3 4

1.3 1 2 3 4

1.4 1 2 3 4 5 6 7 8 1.5 1 2 3 4 5 6 7 8

calcul de I 1 2 3 4

/28

Calcul de V 1 2 3 4

Calcul de n(Zn) 1 2 3 4

Calcul de n(e-) 1 2 3 4

Calcul de t 1 2 3 4

rédaction

regard critique 1 2 3 4 5 6 7 8

TOTAL:………./60

NOTE(Total/3):………/20

CS :

erreur de chiffres significatifs

U :

erreur ou oubli d’unités

CV :

erreur de conversion