Capes Physique Chimie 2006
K s2 =[Zn(OH) 4 2-] [H +] 2; 10 -29, 5 / 10 -3 = 10 -26, 5; [H +]= 10 -13, 25; pH= 13, 2. Le zinc est préparé industriellement par dépôt électrolytique du métal sur une cathode en aluminium à partir d'une solution aqueuse de sulfate de zinc (II) et d'acide sulfurique. L'anode est une électrode de plomb recouverte d'oxyde de plomb PbO 2 (s). L'ion sulfate n'intervient pas dans les conditions de l'électrolyse. Sujet 2006 – CAPES Physique-Chimie – MEEF Sciences Physiques et Chimiques. Les réactions électrochimiques possibles lors de cette électrolyse, à chaque électrode: cathode négative, réduction de l'eau, de H + avec formation de H 2: 2H + + 2e - = H 2 (g) réduction de Zn 2+: Zn 2+ + 2e - =Zn(s) anode positive, oxydation de l'eau: H 2 O = ½O 2 (g) + 2H + + 2e - Sachant que sur l'aluminium la surtension de réduction de l'ion H + est de l'ordre de -1 V et que la surtension de réduction de l'ion zinc (II) est très faible, on justifie l'emploi du métal aluminium pour former la cathode. Lors d'une électrolyse on appelle surtension la différence entre la tension en l'absence de courant et la tension en présence du courant.
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si U est grand ( U>3 V), en plus des réactions précédentes, on observe la réduction de H +. Le courant anodique ne présente pas de palier de diffusion: l'eau, le solvant est toujours en excès à l'anode. Le courant cathodique présente un palier de diffusion: la hauteur du palier de diffusion est proportionnelle à la concentration de l'ion zinc (II). Capes physique chimie 2006 de. Des ions Zn 2+ disparaissent par réduction, d'autres migrent du sein de la solution vers l'électrode: un équilibre s'établit. Dans les conditions industrielles, la surface totale de la cathode d'aluminium est S= 3, 2 m². Un courant d'intensité I= 115 000 A parcourt le bain pendant D t= 24 h. Calcul de la masse de zinc déposé et de l'épaisseur de la couche de zinc obtenue. Quantité d'électricité: Q (C) = I (A) D t (s) = 96500 n avec n: quantité de matière (mol) d'électrons. n = I D t / 96500 = 115000*24*3600 / 96500 =1, 03 10 5 mol or Zn 2+ + 2e - = Zn(s) d'où n(Zn) = ½ n(e -) =5, 15 10 4 mol masse de zinc (g) = masse molaire (g/mol) * quantité de matière (mol) m=65, 4*5, 15 10 4 =3, 36 10 6 g = 3, 36 10 3 kg.