Voici le corrigé du TP sur l’électrolyse de la solution de sulfate de cuivre(II) : mesures types, courbe, rendement faradique et compte rendu modèle. Tes valeurs peuvent varier avec l’état des plaques et la stabilité du courant.
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Résultats types : corrigé du TP sur l’électrolyse
| t (min) | m cathode (g) | m anode (g) | Δm cathode (g) | perte de masse de l’anode (g) |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 5,213 | 5,188 | 0 | 0 |
| 5 | 5,260 | 5,140 | 0,047 | 0,048 |
| 10 | 5,306 | 5,094 | 0,093 | 0,094 |
| 15 | 5,353 | 5,047 | 0,140 | 0,141 |
| 20 | 5,400 | 5,000 | 0,187 | 0,188 |
| 25 | 5,447 | 4,953 | 0,234 | 0,235 |
| 30 | 5,494 | 4,906 | 0,281 | 0,282 |
Réponses aux questions
- La cathode se recouvre d’un dépôt rouge-orangé de cuivre ; l’anode s’amincit et devient terne ; la couleur bleue de la solution reste inchangée.
- Cathode (reliée au −) : Cu2+ + 2 e− → Cu ; anode (reliée au +) : Cu → Cu2+ + 2 e−. Le bilan est nul sur la solution : le cuivre est transféré de l’anode à la cathode ; ce n’est pas une transformation chimique nette (à anode soluble).
- Q = 0,500 × 1 800 = 9,0 × 102 C ; n(e−) = 9,33 × 10−3 mol ; n(Cu) = 4,66 × 10−3 mol ; mthéo = 4,66 × 10−3 × 63,5 = 0,296 g.
- Δm mesuré = 0,281 g ; rendement η = 0,281 ÷ 0,296 = 0,95 soit 95 %.
- La perte de l’anode (0,282 g) est égale, aux erreurs près, au gain de la cathode (0,281 g) : tout le cuivre dissous se redépose, donc [Cu2+] reste constante.
- Coefficient directeur : 0,281 ÷ 1 800 = 1,56 × 10−4 g·s−1. D’où Iexp = 1,56 × 10−4 × 2 × 96 500 ÷ 63,5 ≈ 0,47 A, proche de 0,500 A.
- L’eau résiduelle ajouterait de la masse à la pesée et fausserait la mesure : on pèse des plaques sèches pour ne mesurer que le métal.
- Par exemple : une partie du dépôt tombe de la cathode (perte de poudre de cuivre) ; l’intensité n’est pas parfaitement constante ; quelques pertes à la manipulation ; petites réactions parasites ; précision limitée de la pesée.
Conclusion et compte rendu modèle
Nous avons réalisé l’électrolyse d’une solution de sulfate de cuivre(II) à 0,50 mol·L−1 avec deux plaques de cuivre, sous une intensité constante de 0,500 A pendant 30 minutes. La plaque reliée à la borne négative, la cathode, a gagné 0,281 g grâce à la réduction Cu2+ + 2 e− → Cu ; la plaque reliée à la borne positive, l’anode, a perdu 0,282 g selon Cu → Cu2+ + 2 e−. Le cuivre est donc transféré d’une électrode à l’autre et la concentration de la solution reste constante. La charge qui a traversé le circuit vaut 9,0 × 102 C, soit 9,33 × 10−3 mol d’électrons, ce qui prévoit un dépôt de 0,296 g de cuivre. La masse mesurée correspond à un rendement faradique de 95 %. Le graphique du gain de masse en fonction du temps est une droite passant par l’origine : la masse déposée est proportionnelle à la durée, conformément à m = M × I × Δt ÷ (2 F). Les écarts viennent des pertes de dépôt, de la précision de la balance et des petites variations d’intensité.
Erreurs fréquentes en TP
- Brancher la cathode au + : le dépôt a alors lieu sur l’autre plaque et les masses évoluent à l’envers.
- Oublier de sécher et de rincer les plaques avant la pesée.
- Laisser l’intensité dériver sans réajuster le rhéostat.
- Convertir mal les minutes en secondes dans Q = I × Δt.
- Oublier z = 2 dans le calcul de n(Cu) à partir de n(e−).
- Verser la solution de cuivre à l’évier au lieu du bidon de récupération.