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CORRIGÉS DES EXERCICES ET PROBLÈMES DU CHAPITRE 9
D’un point de vue thermodynamique, on devrait assister à l’électrolyse de l’eau, dont le bilan
s’écrit :
2 H 2 O
=
2 H 2 (g) + O 2 (g)
en appliquant au moins une ddp de 1,23 V.
7. En réalité on assiste à la réduction des ions Zn 2+ à la cathode. Le bilan de l’électrolyse
s’écrit :
2 Zn
2+
+ 2 H 2 O
=
2 Zn (s) + O 2 + 4 H
+
.
Ce phénomène est occasionné par l’existence de surtension (cathodique) liée à des phénomènes cinétiques. Pour imposer j = 500 A·m −2 , il faut imposer une ddp de 3,3 V (approximativement). En effet, l’anode doit être portée à un potentiel voisin de 2,2 V (densité de courant anodique de l’ordre de 500 A·m −2 ) et la cathode à un potentiel voisin de −1,1 V (à ce
potentiel, la somme des densités de courant cathodique est bien de l’ordre de −500 A·m −2 ).
8. Existence d’une chute ohmique dans la solution.
9. Différentes zones d’une même pièce métallique peuvent avoir un comportement électrochimique différent lorsqu’il existe une inhomogénéité du système : gradient de concentration
de la solution (par exemple en dioxygène dissous), impuretés/défauts de la pièce métallique,
inhomogénéité du métal (deux métaux différents en contact).
10. Dans le cas d’un clou, des contraintes mécaniques exercées pour la mise en forme près
de la tête et de la pointe ont fragilisé le métal. Autour de la tête et de la pointe :
Fe (s) −→ Fe
2+
+ 2 e
−
et autour de la partie centrale :
O 2 + 2 H 2 O + 4 e
−
−→ 4 HO
−
.
11. Le zinc (meilleur réducteur) est prioritairement oxydé :
Zn (s) −→ Zn
2+
+ 2 e
−
.
Les ions zinc forment ensuite un voile blanchâtre
2 [Fe (CN) 6 ]
3− , 3Zn
2+
(s). On peut protéger une pièce en fer en la reliant à une électrode de zinc (protection par anode sacrificielle).
9.5 Préparation du manganèse par électrolyse
1. La réaction anodique est l’oxydation du manganèse Mn en ions Mn 2+ :
Mn (s)
=
Mn
2+
+ 2 e
−
.
La réaction cathodique est la réduction des ions H + en dihydrogène H 2 (g) :
2 H
+
+ 2 e
−
=
H 2 (g).
2. La réaction anodique est identique dans la mesure où on utilise la même électrode en
manganèse. À la cathode on assiste à deux réductions possibles : la réduction des ions H + en
dihydrogène H 2 (g) et la réduction des ions Mn 2+ en manganèse selon la réaction :
Mn
2+
+ 2 e
−
=
Mn (s).
CORRIGÉS DES EXERCICES ET PROBLÈMES DU CHAPITRE 9
D’un point de vue thermodynamique, on devrait assister à l’électrolyse de l’eau, dont le bilan
s’écrit :
2 H 2 O
=
2 H 2 (g) + O 2 (g)
en appliquant au moins une ddp de 1,23 V.
7. En réalité on assiste à la réduction des ions Zn 2+ à la cathode. Le bilan de l’électrolyse
s’écrit :
2 Zn
2+
+ 2 H 2 O
=
2 Zn (s) + O 2 + 4 H
+
.
Ce phénomène est occasionné par l’existence de surtension (cathodique) liée à des phénomènes cinétiques. Pour imposer j = 500 A·m −2 , il faut imposer une ddp de 3,3 V (approximativement). En effet, l’anode doit être portée à un potentiel voisin de 2,2 V (densité de courant anodique de l’ordre de 500 A·m −2 ) et la cathode à un potentiel voisin de −1,1 V (à ce
potentiel, la somme des densités de courant cathodique est bien de l’ordre de −500 A·m −2 ).
8. Existence d’une chute ohmique dans la solution.
9. Différentes zones d’une même pièce métallique peuvent avoir un comportement électrochimique différent lorsqu’il existe une inhomogénéité du système : gradient de concentration
de la solution (par exemple en dioxygène dissous), impuretés/défauts de la pièce métallique,
inhomogénéité du métal (deux métaux différents en contact).
10. Dans le cas d’un clou, des contraintes mécaniques exercées pour la mise en forme près
de la tête et de la pointe ont fragilisé le métal. Autour de la tête et de la pointe :
Fe (s) −→ Fe
2+
+ 2 e
−
et autour de la partie centrale :
O 2 + 2 H 2 O + 4 e
−
−→ 4 HO
−
.
11. Le zinc (meilleur réducteur) est prioritairement oxydé :
Zn (s) −→ Zn
2+
+ 2 e
−
.
Les ions zinc forment ensuite un voile blanchâtre
2 [Fe (CN) 6 ]
3− , 3Zn
2+
(s). On peut protéger une pièce en fer en la reliant à une électrode de zinc (protection par anode sacrificielle).
9.5 Préparation du manganèse par électrolyse
1. La réaction anodique est l’oxydation du manganèse Mn en ions Mn 2+ :
Mn (s)
=
Mn
2+
+ 2 e
−
.
La réaction cathodique est la réduction des ions H + en dihydrogène H 2 (g) :
2 H
+
+ 2 e
−
=
H 2 (g).
2. La réaction anodique est identique dans la mesure où on utilise la même électrode en
manganèse. À la cathode on assiste à deux réductions possibles : la réduction des ions H + en
dihydrogène H 2 (g) et la réduction des ions Mn 2+ en manganèse selon la réaction :
Mn
2+
+ 2 e
−
=
Mn (s).