Chapitre 1 : Transformations électrochimiques du cuivre et de l'ion cuivre. PDF

CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATIONS ELECTROCHIMIQUES DU CUIVRE ET DE L’ION CUIVRE. I. L’ELECTROLYSE D’UNE SOLUTION AQUEUSE DE SULFATE DE CUIVRE. 1) Matériels. a) L’électrolyseur est le récipient dans lequel on réalise une électrolyse. b) Les électrodes sont des conducteurs...

CHAPITRE 1 : LES TRANSFORMATIONS ELECTROCHIMIQUES DU CUIVRE ET DE L’ION CUIVRE. I. L’ELECTROLYSE D’UNE SOLUTION AQUEUSE DE SULFATE DE CUIVRE. 1) Matériels. a) L’électrolyseur est le récipient dans lequel on réalise une électrolyse. b) Les électrodes sont des conducteurs électriques reliés aux bornes du générateur et qui plongent dans la solution(l’électrolyte). L’anode est l’électrode relié à la borne positive du générateur. La cathode est électrode reliée à la borne négative du générateur. 2) L’électrolyse de la solution aqueuse de sulfate de cuivre. a) Expérience Dans l’électrolyse de la solution aqueuse de sulfate de cuivre, l’anode est un métal de cuivre, la cathode en graphite et dans l’électrolyseur on introduit une solution de sulfate de cuivre (CuSO4). a) Observations et interprétations. A la fermeture de l’interrupteur, La lampe s’allume : cela traduit que la solution de sulfate de cuivre conduit le courant électrique ; c’est un électrolyte. La couleur bleue de la solution ne change pas : la substance bleue ne varie pas dans la solution. Le cuivre se ronge à l’anode et il se forme un dépôt rougeâtre sur la cathode : il se produit donc une réaction chimique au cours de l’électrolyse. b) Conclusion Lors du passage du contrant électrique dans un électrolyte il se produit des réactions chimiques aux électrodes : cuivre rongé a l’anode et dépôt de cuivre a la cathode. c) Définitions L’électrolyse est l’ensemble des réactions chimiques qui se produisent lors du passage du courant l’électrique dans un électrolyte. Un électrolyte est une solution qui conduit le courant électrique. Exemples : l’eau salée ; l’eau sodée ; la solution de sulfate de cuivre ; la solution d’acide chloridrique… II. INTERPRETATIONS DES TRANSFORMATIONS AUX ELECTRODES. 1) Le cuivre et l’ion cuivre Ⅱ. Le cuivre est un métal de couleur rouge. Il contient vingt-neuf (29) charges positives dans son noyau et vingt-neuf (29) charges négatives portées par les électrons (𝑒−). L’atome de cuivre est électriquement neutre (charge totale nulle). L’ion cuivre est ce qui reste d’un atome de cuivre ayant perdu deux (02) électrons. IL contient donc 29 charges positives et 27 charges négatives(e-). L’ion cuivre porte deux charges positives. Sa formule est « 𝐶𝑢2+ ». L’ion cuivre donne une couleur bleue aux solutions aqueuses qui le contiennent. 2) Ions et électrolyte. Tout électrolyte est électriquement neutre car le nombre de charges positives porté par les ions positifs qu’il contient est égale au nombre de charges négatives porté par les ions négatifs. Un électrolyte conduit le courant parce qu’il contient les ions de charges positives et négatives. 3) Les transformations produites aux électrodes  a) Expérience Un tube en U séparé en deux est muni d’un dispositif d’électrolyse. L’anode en cuivre plonge dans une solution aqueuse d’acide sulfurique (2H++ SO42-) la cathode en graphite dans une solution de sulfate de cuivre (Cu2++ SO42-). b) Interprétations A l’anode le cuivre Cu se transforme en ion cuivre Cu2+ en libérant 2 électrons e-. Les ions cuivre colorent la solution au fur et à mesure qu’ils se forment. L’équation bilan de la réaction est : Cu → Cu2+ + 2 e-. Les électrons produits suivent les fils conducteurs pour rejoindre la cathode. A la cathode l’ion cuivre Cu2+ se transforme en atome de cuivre Cu en captant 2 électrons : la solution se décolore. L’équation bilan de la réaction est : Cu2+ + 2 e- → Cu Ces réactions du cuivre et de l’ion cuivre sous l’effet du courant électrique sont appelées transformations électrochimiques. Exercice d’application 1) Définir les expressions suivantes : électrolyte ; électrolyse ; électrolyseur. 2) Quelle différence y’a-t-il entre une anode et une cathode ? 3) Donner deux différences entre l’ion cuivre et l’atome de cuivre. 4) Une solution de de sulfate d’aluminium (2Al3+ + 3SO42-) contient 2,7.1023 ions sulfatent. a) Expliquer l’électroneutralité de cette solution. b) Calculer le nombre d’ions aluminium. 5) On fait dorer un bracelet en cuivre par électrolyse d’une solution de (2Au3+ + 3SO42-). a) Expliquer les transformations aux électrodes lors du passage du courant électrique. b) Ecrire les équations aux électrodes. III. BILAN DE L’ELECTROLYSE ; GENERALISATION 1) Bilan de l’électrolyse Bilan électronique. Le bilan électronique est nul car le nombre d’électron libérés à l’anode est égale au nombre d’électron consommés à la cathode. Bilan chimique Le bilan massique est nul car la masse de cuivre perdu à l’anode est égale à la masse de cuivre déposée a cathode. Les ions sulfatent ne réagissent pas : ce sont des ions spectateurs. 2) Applications de l’électrolyse (Placage objets métalliques) Ce procédé est utilisé pour lutter contre la corrosion ou pour embellir des objets métalliques. Dans l’industrie minière l’électrolyse est utilisée pour l’extraction de certain minerai comme l’aluminium. 3) Généralisation Une électrolyse a anode soluble est une électrolyse au cours de laquelle l’anode se ronge. L’électrochimie étudie les réactions chimiques se produisant sous l’action du courant électrique et les réactions chimiques produisant du courant électrique. Un atome métal est électriquement neutre tandis que son ion correspondant porte des charges. Un ion métallique est un atome métal qui a perdu un ou plusieurs électrons. Exercice d’application. 1) Définir les termes suivants : électrochimie ; électrolyse a anode soluble. 2) Quelle est la différence entre l’atome d’éteint Sn et l’ion Sn2+ ? 3) On réalise un nickelage d’une bague en fer par électrolyse d’une solution de chlorure de nickel. a) Faire le schéma du montage et préciser la nature des transformations aux électrodes. b) Expliquer les transformations qui se produisent à l’anode et à la cathode. c) Ecrire les équations aux électrodes. d) Dans cette expérience 3.1026 atomes sont déposés à la cathode. Faire le bilan électronique et chimique de cette électrolyse.