OS SO

(1)

Ch 4.2 AFFINAGE DU CUIVRE DÉPÔT ÉLECTROLYTIQUE D’UN MÉTAL

Objectifs :

Réaliser et analyser la méthode de purification du cuivre par électrolyse.

Utiliser cette technique à la réalisation d'un dépôt électrolytique d’un métal sur un autre.

1. QUELLE EST LA TECHNIQUE DE L'AFFINAGE DU CUIVRE ? 1.1. Montage expérimental :

On dispose d'un générateur de tension continue (12 V), d'un rhéostat (33  ), d'un multimètre, d’un électrolyseur constitué d'un bécher de 200 mL et de deux électrodes (une plaque de cuivre comme cathode, un fil de cuivre comme anode).

Dessiner le schéma du circuit électrique à réaliser pour effectuer une électrolyse en y insérant les appareils nécessaires pour pouvoir régler et mesurer l’intensité du courant.

1.2. Manipulation (1^ère partie ) :

 Polir les électrodes de cuivre avec un morceau de toile émeri.

 En évitant de la toucher avec les doigts, peser la plaque de cuivre avec précision et noter sa masse.

 Réaliser le montage en installant sous le bécher un système d’agitation magnétique en évitant que le turbulent ne touche les électrodes de cuivre lors de sa rotation.

 Verser dans le bécher 150 mL environ de solution de sulfate de cuivre (II) à la concentration molaire de 1,0 mol.L^-1 dans laquelle les électrodes plongent jusqu’à mi hauteur.

 Mettre le générateur sous tension et régler rapidement, à l’aide du curseur du rhéostat, l’intensité du courant à 0,50 A.

Déclencher le chronomètre. La durée de l'électrolyse est fixée à 30 minutes.

(L'agitation constante de la solution est essentielle pour assurer la stabilité du courant) 1.3. Questions

1) Compléter le schéma ci-contre en indiquant :

 la position de A (anode ) et de C(cathode),

 le sens du courant dans le circuit électrique,

 le sens de déplacement des électrons dans les conducteurs métalliques,

 le sens de déplacement des ions cuivre(II) dans la solution électrolytique.

2) Couples

 Faire l’inventaire des espèces chimiques présentes dans l’état initial du système.

 Ecrire les équations des réactions susceptibles de se produire aux électrodes.

Données :

Couples d’oxydoréduction : O2(g) / H2O ; H2O / H2(g) ;

S

²

O

8²(aq) /

SO

²4(aq) ;

SO

²4(aq) / SO2(aq); Cu²⁺

(aq)/Cu(s)

 Compte-tenu des observations expérimentales, souligner les équations des réactions qui se produisent aux électrodes.

 En déduire la réaction d'oxydoréduction correspondant à la transformation chimique provoquée par le passage du courant dans le circuit.

 Que vaut la constante d’équilibre ? La concentration de la solution varie-t-elle au cours de cette électrolyse ? Justifier l'expression "électrolyse à anode soluble".

3) Etude quantitative détermination théorique de la masse de cuivre déposée.

 Déterminer l’expression littérale de l’avancement x en fonction de I, t et F.

 En déduire la masse théorique du dépôt de cuivre sur la cathode.

Données : 1 F = 96500 C.mol^-1; masse molaire du cuivre : MCu = 63,5 g.mol^-1

TS spécialité tempfile_2330.doc page 1

fil de

cuivre plaque de

cuivre

Cu²⁺

(2)

1.4. Manipulation (2^ème partie ) : 30 minutes plus tard …..

 Ouvrir le circuit, extraire les deux électrodes de l’électrolyseur et les passer à l’eau distillée.

 Constater que l’anode s’est amincie et que la cathode s’est recouverte d’un dépôt de cuivre.

 Sécher la cathode au sèche-cheveux.

 Peser à nouveau cette électrode et déterminer l’accroissement de sa masse. Comparer avec la masse théorique calculée précédemment. Commenter.

2. UNE APPLICATION AUX DÉPÔTS ÉLECTROLYTIQUES.

1.5. Manipulation

On veut réaliser un dépôt de zinc sur une lame de fer par électrozingage.

 Dresser la liste du matériel et des produits nécessaires pour y parvenir.

 Faire un schéma annoté du montage, puis le réaliser. (Faire vérifier par le professeur)

 Immerger les électrodes de quelques cm dans la solution électrolytique.

 Fixer la durée de l'électrolyse à 15 minutes et l’intensité du courant à 0,40 A.

1.6. Questions 1) Réactions

 Ecrire les réactions aux électrodes.

Données : Couples d’oxydoréduction : O2(g) / H2O ; H2O / H2(g) ; Zn²⁺(aq)/Zn(s)

 En déduire la réaction d'oxydoréduction correspondant à la transformation chimique provoquée par le passage du courant dans le circuit.

2) Etude quantitative

Déterminer la masse théorique du dépôt de zinc sur la cathode.

Données : 1 F = 96500 C.mol^-1; Masse molaire du zinc :MZn = 65,4 g.mol^-1 1.7. Les prévisions sont-elles vérifiées ?

Au bout de 15 minutes, ouvrir le circuit, extraire la cathode de l’électrolyseur avec précaution et la rincer à l’eau distillée.

 Sécher doucement l'électrode à l'aide d'un sèche-cheveux électrique.

 Déterminer la masse du dépôt métallique. Comparer à la valeur attendue. Commenter.

 Quel peut être l'intérêt du recouvrement d'une pièce de fer par du zinc ?

TS spécialité tempfile_2330.doc page 2