Électrolyse de l’eau avec des acides
Électrolyse de l’eau en milieu acide : un courant continu déclenche des réactions d’oxydoréduction dans l’électrolyte, et les gaz produits sont récupérés.
Les fondements scientifiques de cette expérience
L’électrolyse est un processus qui entraîne des transformations chimiques sous l’effet du passage d’un courant électrique continu à travers un électrolyte. Lorsqu’un courant traverse une solution conductrice, les espèces ioniques subissent des réactions d’oxydoréduction.
2 H₂O ↔ H₃O⁺ + OH⁻.
L’ajout d’acide sulfurique augmente la conductivité en générant un électrolyte, comme suit.
Le courant électrique continu provoque les réactions suivantes dans l’eau acidifiée au niveau des électrodes de platine.
À la cathode (–) : 4H₃O⁺ + 4 e⁻ → 2 H₂ + 4H₂O À l’anode (+) : 6 H₂O → O₂ + 4H₃O⁺ + 4 e⁻.
À la cathode, les ions H₃O⁺ sont réduits car leur potentiel (E₀(H⁺/H₂) = +0,00 V) est supérieur à celui des molécules d’eau H₂O (E₀(H₂O/H₂)).
Au niveau de l’anode, les molécules d’eau sont oxydées en raison de leur potentiel d’électrode (E₀(O₂/H₂O)).
Matériel utilisé
- Tube en U avec sorties latérales — CHE-004
- Électrodes en platine — CHE-016
- Fils de raccordement, rouges — ELE-005, ELE-006
- Fils de raccordement, noirs — ELE-007, ELE-008
- Alimentation en courant continu
Produits chimiques et réactifs
- Solution d’acide sulfurique 0,1 M — R : 35 S : 26-30-45
Consignes de sécurité
- Les mélanges d’hydrogène et d’air sont explosifs. Veillez à ce qu’il n’y ait aucune flamme nue à proximité de l’appareil.
Questions destinées aux élèves
- Décrivez ce qui se passe dans l’appareil.
- Que se passe-t-il lorsqu’on enflamme les tubes à essai ? Indiquez où l’hydrogène et l’oxygène sont produits.
- Pourquoi utilise-t-on une solution acide diluée plutôt que de l’eau distillée ?
À quoi s’attendre
Le passage du courant électrique provoque la formation de bulles au niveau des électrodes. Le gaz recueilli à la cathode (–) produit des crépitements, ce qui indique la présence d’hydrogène. Le gaz recueilli à l’anode (+) rend la flamme plus vive, ce qui indique la présence d’oxygène. À la cathode (–), les ions H+ sont réduits en hydrogène. À l’anode (+), les molécules d’eau sont oxydées en oxygène et en ions H+. L’eau distillée ne conduit pas l’électricité, mais la présence d’un électrolyte permet à un courant électrique de circuler, comme l’ont démontré les expériences précédentes.
Élimination
Versez la solution dans le récipient destiné aux déchets.
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