Électrolyse d'une solution de chlorure de fer II
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CHIMIE (5 points)
On réalise un circuit électrique constitué d'un générateur de tension (G), de deux électrodes $(P_1)$ et $(P_2)$ et d'un interrupteur K. L’électrolyseur contient une solution de chlorure de fer II. Le schéma du montage est donné par la figure 1.
A la fermeture du circuit, on constate le passage d'un courant électrique d'intensité I et après une certaine durée $\Delta t$ d'électrolyse, $(P_1)$ se recouvre d'un dépôt de fer et un dégagement de dichlore $Cl_2$ (gaz) au niveau de $(P_2)$.
1) a- Ecrire l'équation de la transformation chimique qui a lieu au niveau de chaque électrode au cours de cette électrolyse.
b- En déduire l'équation bilan de la transformation chimique qui a lieu.
c- Justifier qu'il s'agit d'une réaction imposée.
2) Préciser, en le justifiant, si le pôle positif du générateur G est relié à l'électrode $(P_1)$ ou $(P_2)$.
3) Après une durée $\Delta t = 50 \text{ min}$ d'électrolyse, la masse de fer déposé est $m(Fe) = 0,28 \text{ g}$.
a- Déterminer la quantité de matière $n(Fe)$ de fer déposé.
b- En déduire le volume V du gaz dégagé au niveau de l'électrode $(P_2)$.
c- Déterminer la valeur de l'intensité du courant I débité par le générateur.
On suppose que durant la transformation chimique, le volume de la solution reste constant et que les deux lames ne disparaissent pas complètement.
On donne : $M(Fe) = 56 \text{ g.mol}^{-1}$ ; $V_m = 24 \text{ L.mol}^{-1}$ et $F = 96500 \text{ C.mol}^{-1}$.
This question includes visual content: Circuit diagram labeled 'Figure 1'. It shows a DC generator (G) connected in series with a switch (K), an ammeter (A), and two electrodes labeled (P1) and (P2) immersed in a beaker. The beaker contains an electrolytic solution labeled (Fe^2+ + 2 Cl^-). (P2) is on the left connected to the negative-looking side of G, and (P1) is on the right connected through the ammeter. Arrows and lines indicate electrical connections.
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Bonjour. Analysons ensemble cet exercice sur l'électrolyse d'une solution de chlorure de fer deux. Nous avons un générateur, deux électrodes P un et P deux, et une solution ionique.
Électrolyse du Chlorure de Fer (II)
Commençons par la question un a. On nous dit que P un se recouvre de fer et que P deux subit un dégagement de dichlore.
1) Équations aux électrodes
À l'électrode P1 (dépôt de fer):
À l'électrode P2 (dégagement de dichlore):
Pour l'équation bilan de la question un b, nous additionnons ces deux demi-équations en simplifiant les électrons.
Équation bilan :
Pour la question un c, il s'agit d'une réaction imposée car elle nécessite un apport d'énergie électrique par le générateur pour se produire. Elle ne serait pas spontanée.
1) c) Réaction imposée car $\Delta G > 0$ (non spontanée), nécessitant l'énergie du générateur.
Dans la question deux, déterminons les pôles. À l'électrode P deux, il y a une oxydation, la libération d'électrons. C'est donc l'anode, reliée au pôle positif du générateur.
2) Identification des pôles
P2 est le siège d'une oxydation ($2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-$).
Par définition, l'anode est le siège de l'oxydation.
Passons aux calculs pour la question trois. On nous donne une masse de fer de zéro virgule vingt-huit grammes.
3) Étude quantitative
Données : $m(Fe) = 0,28$ g ; $M(Fe) = 56$ g/mol ; $\Delta t = 50$ min.
Calculons la quantité de matière de fer déposé. n égale petit m sur grand m.
En remplaçant par les valeurs, on trouve cinq millimoles, soit cinq fois dix puissance moins trois mol.
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