Correction
Production de gaz lors d'une électrolyse

Le but de cet exercice est d'exploiter la stœchiométrie d'une équation chimique dans le cas de la formation de gaz lors d'une électrolyse. 

• Dans l'onglet « Paramètres », simuler l'électrolyse de l'acide chlorhydrique de concentration 10-2 mol · L-1. 

• Cocher la case générateur de courant et imposer 30 mA. Cela signifie que quelles que soient les conditions, l'intensité du courant circulant dans le circuit est de 30 mA.

• Choisir les électrodes G et D en graphite. 

• Dans l'onglet « Animation », afficher la représentation à l'échelle macroscopique.

1. Déduire des équations représentant les réactions aux électrodes données dans le simulateur l'équation globale traduisant la transformation forcée par l'électrolyse.

2 H+ + 2 Cl- = H2 + Cl2.

2. Passer au niveau microscopique. Commenter la représentation qui a été adoptée pour la molécule H2.

La molécule H2 est représentée par deux ronds  violets qui représentent les atomes H et deux ronds verts qui représentent les électrons. Ces deux électrons constituent la liaison covalente entre les deux H.

3. D'où viennent les électrons constituant la liaison H–H produite au cours de l'électrolyse ?

Ces électrons sont apportés par le circuit électrique et proviennent de l'électrode D.

4. Dans quel rapport les quantités de matière de H2 et de Cl2 produites sont-elles attendues ?

La stœchiométrie de l'équation laisse espérer la même quantité de matière de chaque gaz.

5. Dans quel rapport les volumes de H2 et de Cl2 produites sont-ils attendus ?

La loi d'Avogadro Ampère permet de déduire qu'on aura le même volume de chaque gaz produit.

6. Dans quel rapport les masses de H2 et de Cl2 produites sont-elles attendues ?

Puisque les quantités de matière de Cl2 et de H2 produites sont identiques, le rapport de leur masse est le rapport de leur masse molaire, soit 35,5.

7. Quelle quantité d'électricité (en coulomb) sera mise en mouvement au bout de 10 min ?

Au bout de 10 min, on a mis en mouvement :
Q = I Dt = 0,030 × 600 = 18 C.

8. Combien d'électrons z sont mis en jeu dans l'équation de l'électrolyse ?

Le nombre d'électrons mis en jeu est z = 2.

9. Quel est l'avancement de la réaction d'électrolyse au bout de 10 min ?

L'avancement est :
x = Q / (z F) = 18 / (2 × 96,5 · 103) = 9,3 · 10-5 mol.

10. Quelle quantité de matière de dichlore a été produite pendant ce temps, et quelle quantité d'ions chlorure aura disparu ?

n(Cl2)produit = x = 9,3 · 10-5 mol 
et n(Cl-)disparu  = 18 · 10-5 mol.

11. Quelle sera la concentration en ions Cl- restante à cette date ?

n(Cl-)restant  = n(Cl-)i - n(Cl-)disparu = 9,6 · 10-5 mol.