CORRIGÉS DES EXERCICES ET PROBLÈMES DU CHAPITRE 9
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3. Un métal est passivé lorsqu’il est recouvert par une couche d’oxyde ou d’hydroxyde (ou
autre) qui le protège d’une poursuite du processus de corrosion. Dans le cas étudié l’électrode
en plomb est passivée par la formation d’oxyde de plomb PbO 2 selon l’équation :
Pb (s) + 2 H 2 O
=
PbO 2 (s) + 4 H
+
+ 4 e
−
.
C’est la valeur du potentiel auquel est observé la passivation, proche du potentiel standard du
couple PbO 2 /Pb, qui permet de proposer cette interprétation de la passivation du métal. Pour
un potentiel supérieur au potentiel de passivation du plomb (potentiel de l’ordre de 2 V), on
assiste à l’oxydation du solvant (eau) en dioxygène.
4. L’équation-bilan s’écrit :
2 Mn
2+
+ 2 H 2 O
=
2 Mn (s) + O 2 (g) + 2 H
+
.
5. En admettant que j anode = − j cathode = 3 A·dm −2 , nous estimons que le potentiel de l’anode
est voisin de 2,1 V (abscisse du point d’intersection de l’horizontale j anode = 3 A·dm −2 avec
la branche de la courbe intensité-potentiel) et le potentiel de la cathode est voisin de −1,4 V
(abscisse du point d’intersection de l’horizontale j cathnode = −3 A·dm −2 avec la branche de
la courbe intensité-potentiel représentant la réduction des ions Mn 2+ ), soit, en tenant compte
de la chute ohmique, une différence de potentiel totale entre les électrodes de 2, 1 − (−1, 4) +
0, 8 = 4,3 V. Le potentiel de l’anode s’exprime par :
E anode = E
◦
O 2 /H 2 O − 0, 06pH + η a
avec η a surtension anodique.
Il vient ici : 1, 23 − 0, 06 ∗ 1 + η a = 2,1 V et donc η a ≈ 0,9 V. Le potentiel de la cathode
s’exprime par :
E cathode = E
◦
Mn 2+ /Mn
+
0, 06
2
log
Mn
2+
+ η c
avec η c surtension cathodique.
Il vient ici : −1, 17 + η c ≈ −1,4 V et donc η c ≈ −0,2 V.
6. La réaction de réduction des ions H + est en compétition avec la réduction des ions Mn 2+ .
En effet, lorsque la cathode est à des potentiels proches de −1,4 V, il existe un courant
cathodique non nul pour la réduction des protons et donc la totalité du courant ne contribue
pas à l’obtention du manganèse.
7. La charge électrique utilisée par une cellule pour l’obtention du manganèse s’écrit :
q =
5
6
jSΔt
avec S surface de l’électrode et Δt durée de l’opération. Il vient q = 4,32.10 7 C. La quantité
de matière en manganèse formé est n =
q
2F
= 223,8 mol, soit m = 12,3 kg. L’ensemble des
cellules produit 615 kg de manganèse.
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3. Un métal est passivé lorsqu’il est recouvert par une couche d’oxyde ou d’hydroxyde (ou
autre) qui le protège d’une poursuite du processus de corrosion. Dans le cas étudié l’électrode
en plomb est passivée par la formation d’oxyde de plomb PbO 2 selon l’équation :
Pb (s) + 2 H 2 O
=
PbO 2 (s) + 4 H
+
+ 4 e
−
.
C’est la valeur du potentiel auquel est observé la passivation, proche du potentiel standard du
couple PbO 2 /Pb, qui permet de proposer cette interprétation de la passivation du métal. Pour
un potentiel supérieur au potentiel de passivation du plomb (potentiel de l’ordre de 2 V), on
assiste à l’oxydation du solvant (eau) en dioxygène.
4. L’équation-bilan s’écrit :
2 Mn
2+
+ 2 H 2 O
=
2 Mn (s) + O 2 (g) + 2 H
+
.
5. En admettant que j anode = − j cathode = 3 A·dm −2 , nous estimons que le potentiel de l’anode
est voisin de 2,1 V (abscisse du point d’intersection de l’horizontale j anode = 3 A·dm −2 avec
la branche de la courbe intensité-potentiel) et le potentiel de la cathode est voisin de −1,4 V
(abscisse du point d’intersection de l’horizontale j cathnode = −3 A·dm −2 avec la branche de
la courbe intensité-potentiel représentant la réduction des ions Mn 2+ ), soit, en tenant compte
de la chute ohmique, une différence de potentiel totale entre les électrodes de 2, 1 − (−1, 4) +
0, 8 = 4,3 V. Le potentiel de l’anode s’exprime par :
E anode = E
◦
O 2 /H 2 O − 0, 06pH + η a
avec η a surtension anodique.
Il vient ici : 1, 23 − 0, 06 ∗ 1 + η a = 2,1 V et donc η a ≈ 0,9 V. Le potentiel de la cathode
s’exprime par :
E cathode = E
◦
Mn 2+ /Mn
+
0, 06
2
log
Mn
2+
+ η c
avec η c surtension cathodique.
Il vient ici : −1, 17 + η c ≈ −1,4 V et donc η c ≈ −0,2 V.
6. La réaction de réduction des ions H + est en compétition avec la réduction des ions Mn 2+ .
En effet, lorsque la cathode est à des potentiels proches de −1,4 V, il existe un courant
cathodique non nul pour la réduction des protons et donc la totalité du courant ne contribue
pas à l’obtention du manganèse.
7. La charge électrique utilisée par une cellule pour l’obtention du manganèse s’écrit :
q =
5
6
jSΔt
avec S surface de l’électrode et Δt durée de l’opération. Il vient q = 4,32.10 7 C. La quantité
de matière en manganèse formé est n =
q
2F
= 223,8 mol, soit m = 12,3 kg. L’ensemble des
cellules produit 615 kg de manganèse.