📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
L'électrolyse est une transformation chimique forcée (non spontanée) provoquée par l'application d'un courant électrique continu via un générateur.
- Dispositif : Une cuve contenant un électrolyte (solution ionique) et deux électrodes (anode et cathode).
- Réactions aux électrodes :
- À l'anode (borne $+$) : se produit l'oxydation (perte d'électrons).
- À la cathode (borne $-$) : se produit la réduction (gain d'électrons).
- Lois de Faraday :
- La quantité d'électricité traversant le circuit est : $Q = I \cdot \Delta t$ (en Coulomb $C$).
- La relation entre la quantité d'électricité et la quantité de matière d'électrons est : $Q = n(e^-) \cdot F$, où $F \approx 96500 \text{ C/mol}$ est la constante de Faraday.
- Pour une réaction de type $M^{z+} + z e^- \to M$, la masse déposée $\Delta m$ est : $$\Delta m = \frac{M \cdot I \cdot \Delta t}{z \cdot F}$$ Où $M$ est la masse molaire de l'espèce, $I$ l'intensité, $\Delta t$ la durée (en secondes) et $z$ le nombre d'électrons échangés.
Méthodes à maîtriser
- Calculer la masse déposée : Utiliser directement la formule $\Delta m = \frac{M \cdot Q}{z \cdot F}$.
- Déterminer la durée ou l'intensité : Isoler $\Delta t$ ou $I$ à partir de la formule de la masse.
- Établir la stœchiométrie : Faire le lien entre $n(\text{espèce})$ et $n(e^-)$ grâce aux coefficients stœchiométriques des demi-équations.
- Calculer le nombre d'électrons $z$ : Si on connaît $\Delta m$, $I$, $\Delta t$ et $M$, on utilise : $z = \frac{M \cdot I \cdot \Delta t}{\Delta m \cdot F}$.
Exemples corrigés
Exemple : On réalise l'électrolyse d'une solution de $Cu^{2+}$ avec un courant $I = 2\text{ A}$ pendant $\Delta t = 30\text{ min}$. Calculer la masse de cuivre déposée. ($M(Cu) = 63,5 \text{ g/mol}$, $z=2$).
Corrigé :
- Conversion du temps : $\Delta t = 30 \times 60 = 1800\text{ s}$.
- Application de la formule : $$\Delta m = \frac{63,5 \times 2 \times 1800}{2 \times 96500}$$
- Calcul : $\Delta m \approx 1,18 \text{ g}$.
Erreurs fréquentes
- Oubli de la conversion du temps : Utiliser les minutes au lieu des secondes dans $Q = I \cdot \Delta t$.
- Confusion Anode/Cathode : Se rappeler que l'Oxydation se passe à l'Anode (moyen mnémotechnique : Oxydation/Anode).
- Erreur sur $z$ : Prendre $z=1$ pour un ion comme $Cu^{2+}$ ou $Al^{3+}$.
- Unités : Ne pas convertir la masse molaire en $\text{g/mol}$ ou l'intensité en Ampères.