Électrolyse de l’eau avec des bases
Réaliser l’électrolyse de l’eau en milieu basique et observer les différentes réactions.
Les fondements scientifiques de cette expérience
Cette expérience illustre l’électrolyse de l’eau à l’aide d’une réaction redox différente. En modifiant le pH de la solution, les réactions varient, bien que les résultats restent les mêmes.
Dans le milieu de base, on trouve des ions OH⁻ et des ions Na⁺, qui migrent respectivement vers l’anode et la cathode.
Au niveau de la cathode, les molécules d’eau subissent une réduction car leur potentiel (E₀(H₂O / H₂) = – 0,83 V) est supérieur à celui des ions sodium (E₀(Na / Na⁺) = – 2,73 V). Les ions sodium ne subissent aucune réduction en raison de leur potentiel de réduction très négatif.
Au niveau de l’anode, les ions OH⁻ sont oxydés car leur potentiel (E₀(O₂/OH) = +0,40 V) est inférieur à celui du couple redox (E₀(O₂/H₂O) = +1,23 V).
À la cathode (–) : 4 H₂O + 4 e⁻ → 2 H₂ + 4 OH⁻.
À l’anode (+) : 4 OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4 e⁻.
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
- Hydroxyde de sodium 0,2 M — R : 35 S : 26-37/39-45
Consignes de sécurité
- Portez toujours des lunettes de protection et des gants.
- 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.
- Écrivez les équations équilibrées du processus et notez vos observations.
- Que se passe-t-il lorsqu’on enflamme les tubes à essai ? Indiquez où l’hydrogène et l’oxygène sont produits.
- Quelles sont les différences entre l’électrolyse en milieu basique et en milieu acide ?
À quoi s’attendre
Le passage du courant électrique provoque la formation de bulles au niveau des électrodes. Le gaz recueilli à la cathode (–) éclate, ce qui indique la présence d'hydrogène. Le gaz recueilli à l'anode (+) ravive la flamme, ce qui indique la présence d'oxygène. Dans un milieu basique, les réactions impliquent des ions OH⁻ à la place des ions H⁺. À la cathode (–), les molécules d'eau sont réduites, produisant des ions OH⁻ et de l'hydrogène. À l'anode (+), les ions OH⁻ sont oxydés en oxygène et en eau.
Élimination
Versez la solution dans le récipient destiné aux déchets.
Réalisez cette expérience dans votre classe
Cette expérience s'inscrit dans le cadre d'ATP Volta, un laboratoire scientifique mobile autonome qui transforme une salle de classe ordinaire en véritable laboratoire dédié aux STEM, proposant plus de 200 expériences en physique, chimie, biologie, robotique et ingénierie. « Gali », le tuteur basé sur l'IA intégré à ATP Connect, guide les élèves à chaque étape et répond à leurs questions directement au poste de travail.
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