Fichier PDF

Partage, hébergement, conversion et archivage facile de documents au format PDF

Partager un fichier Mes fichiers Convertir un fichier Boite à outils PDF Recherche PDF Aide Contact



Problème electrolyse .pdf



Nom original: Problème electrolyse.pdf
Auteur: REDA

Ce document au format PDF 1.5 a été généré par Microsoft® Office Word 2007, et a été envoyé sur fichier-pdf.fr le 19/04/2016 à 22:10, depuis l'adresse IP 41.250.x.x. La présente page de téléchargement du fichier a été vue 448 fois.
Taille du document: 181 Ko (3 pages).
Confidentialité: fichier public




Télécharger le fichier (PDF)









Aperçu du document


CPGE

A.SAHLAOUI

PSI

TD : Réaction d’électrolyse
Problème : Électrolyse d’une solution du chlorure de sodium
Le dichlore est produit par électrolyse d’une solution aqueuse concentrée de chlorure de sodium (la saumure). Celle-ci
doit être traitée préalablement à l’aide de carbonate ou de chlorure de baryum afin d’éliminer les ions sulfates, puis à
l’aide de soude et de carbonate de sodium pour éliminer les ions calcium, magnésium et autres ions métalliques
gênants.
Potentiels standard E° à 25°C et à pH = 0
Couple Ox/Red
E°(Ox/Red) en Volt

H+/H2 (g)
0,00

O2 (g) /H2O
1,23

Cl2 (g) /Cl–
1,36

Na+/Na (s)
–2,71

A- Étude thermodynamique :
1- Préciser les deux réactions en compétition à l’anode et les deux réactions en compétition à la cathode.
2- Calculer les potentiels E des couples mis en jeu à pH=4 ( en prendra [ Na +] = [ Cl-] = 1 mol.L-1 )
3- Classer les 4 couples selon leurs potentiels E ,puis estimer la tension minimale d’électrolye du seul point de
vue thermodynamique. Quelle réaction d’électrolyse devrait-elle avoir lieu de ce point de vue.

B- Effet des surtensions : Procédé à cellules à cathodes de mercure

Couple Ox / Red
Surtension ƞ en Volt

Sur anode en titane
Cl2 (g) /Cl– O2 (g) /H2O
0,1
1,4

Sur cathode en mercure
H+/H2 (g)
Na+/Na(Hg)
-1,6
0,0

4- Le procédé “dit au mercure” utilise une anode de titane et une cathode en mercure liquide. Le fond cathodique
est incliné 1 % ce qui permet d’extraire les dépots cathodiques. Une telle cathode est dite circulante : le
mercure extrait ensuite recyclé.
4-1- Tracer les courbes intensité-potentiel à l’anode en tenant compte des surtensions sur titane.
4-2- En déduire la réaction anodique.
5- Le mercure forme un amalgame de sodium Na(Hg) ce qui ramène le potentiel standard du couple Na +/Na,
désormais à E°( Na+/Na(Hg)) = -1,70 V.
5-1- Tracer les courbes intensité-potentiel à la cathode en tenant compte des surtensions sur mercure.
5-2- En déduire la réaction cathodique.
6- Ecrire l’équation bilan de l’électrolye et montrer graphiquement comment on peut estimer la tension
d’électrolyse pour un courant d’intensité i fixée. Donner un ordre de grandeur de cette tension.
7- L’industiel applique en fait une tension de 3,9 V, pour une densité de courant de 1 A.cm-2. Pourquoi cet excès
de tension? Calculer la masse de sodium amalgamé en 1 heure pa rune nappe de mercure de section 200 cm2.
On donne la masse molaire du sodium M(Na) = 23 g.mol-1.

C- Procédé à cellules à membrane
Les anodes sont de type DSA (Dimensionally Stables Anodes) en titane recouvert d’oxydes de titane et de ruthénium,
les cathodes sont en nickel. La séparation entre les compartiments cathodiques et anodiques est constituée de
membranes cationiques (perméables aux cations) très peu conductrices. Ces membranes sont des polymères
perfluorosulfoniques ( Nafion ®) ou perfluorocarboxyliques (Flemion ®).
1

On obtient les courbes densité de courant-potentiel suivantes :



j (kA.m 2)


OH


Cl

5

Na

0

–1

+

1

O2

Cl2

E (V)

Na

H2

H2O

8- Quelle est la réaction qui a effectivement lieu dans ce procédé pour une valeur de densité de courant
n’excédant pas les limites du tracé des courbes ?
Un schéma de principe d’une cellule à membrane, à compléter, est représenté ci-après :
4

1
2

3
8

5
saumure diluée vers
concentration

6

vers circuit de
concentration

7
saumure
saturée

H2O
membrane

9- A l’aide des courbes densité de courant-potentiel, donner un nom à chacune des cases numérotées de 1 à 8 du
schéma de principe.
La densité de courant j utilisée dans ce procédé est égale à 4 kA.m–2.
10- Pourquoi préfère-t-on utiliser la densité de courant plutôt que l’intensité ? Quelle est la valeur de la tension
appliquée aux bornes de l’électrolyseur pour ce procédé ?
Le dichlore produit sort des cellules à 90 °C. Il est saturé en vapeur d’eau. Il est donc refroidi (condensation de la
majeure partie de la vapeur d’eau) puis séché avec de l’acide sulfurique concentré dans des tours à garnissage. Le
2

dichlore est transporté liquéfié, comprimé à 3,5 bar.

D- Une application du chlore en chimie des solutions : l’eau de Javel
L’eau de Javel est une solution aqueuse d’hypochlorite de sodium NaClO et de chlorure de sodium. Elle est préparée
par réaction directe entre le dichlore et l’hydroxyde de sodium produits par l’électrolyse du chlorure de sodium.
Données : Potentiels standard E° à 25°C et à pH = 0
E°(Cl2 (aq)/Cl–) = 1,39 V
E°(ClOH (aq) /Cl2 (aq)) = 1,59 V.
11- Écrire l’équation-bilan de la réaction de formation de l’eau de Javel.
Le diagramme potentiel-pH du chlore est représenté ci-après pour une concentration de tracé égale à
10–2 mol.L–1. On s’intéresse ici aux degrés d’oxydation +I, 0 et –I du chlore à savoir les espèces ClO–, HClO, Cl2 et
Cl–.
E (V )

1,6

II

A

I

1,4
IV
1,2

III
1

pH

0,8
0

4

8

12

12- Indiquer les domaines de prédominance des différentes espèces du chlore numérotés de I à IV.
13- Que se passe-t-il au-delà du pH du point A ?
14- L’eau de Javel est-elle stable d’un point de vue thermodynamique ? Justifier. Conclusion sur l’existence de
celle-ci.
15- Que se passe-t-il si l’on mélange de l’eau de Javel avec un détergent acide ? Conclusion pratique.

3


Problème electrolyse.pdf - page 1/3
Problème electrolyse.pdf - page 2/3
Problème electrolyse.pdf - page 3/3

Documents similaires


probleme electrolyse
aide memoire electronique de base www genie electromecanique com
un afficheur 7 segments permet de visualiser les chiffres de 0 a 9
meca quant ok
tp6 dosage d une eau de javel 2
13 redressement 11 avril


Sur le même sujet..