Correction
Une l'électrolyse s'arrête-t-elle ?

Le but de cet exercice est de mettre en évidence le changement de réaction au cours d'une électrolyse.

• Simuler l'électrolyse de 500 mL d'une solution de sulfate de cuivre de concentration 10-2 mol · L-1. 

• Mettre une électrode de graphite à droite et une électrode de cuivre à gauche. 

• Cocher la case générateur de courant et imposer 10 mA. Cela signifie que quelles que soient les conditions, l'intensité du courant circulant dans le circuit est de 10 mA. 

• Dans l'onglet « Animation », afficher la représentation à l'échelle macroscopique et mettre le curseur horizontal sur Min.

1. Commencer l'animation. En déduire l'équation chimique traduisant le bilan de matière de l'électrolyse.

Le bilan de matière représenté par cette électrolyse est :
2 H2O + 2 Cu2+ = O2 + 4 H+ + 2 Cu

2. Prévoir la quantité d'électricité qui aura été mise en jeu lorsque tous les ions Cu2+ présents en solution seront épuisés.

La quantité de matière d'ions cuivre présents initialement est :
n(Cu2+) = 0,500 × 0,0100 = 5,00 · 10-3 mol.
L'avancement maximal de la réaction sera donc :
xmax =  5,00 · 10-3 / 2 = 2,5 · 10-3 mol.
On en déduit la quantité d'électricité :
Q = z F xmax = 4 × 96,5 · 103 × 2,5 · 10-3 = 965 C

3. Prévoir ce qui se passera une fois que la totalité des ions Cu2+ sera épuisée.

On est tenté de répondre que l'électrolyse va s'arrêter ; la suite de l'exercice montre que ce n'est pas le cas.

4. Afin de vérifier l’exactitude de la réponse à la question 3., on va d'abord étudier la composition de la solution, puis voir ce que le simulateur propose quand il n'y a plus d'ions Cu2+ en solution.

4.a. Quels sont les ions initialement présents en solutions, puis ceux qui restent lorsque xmax est atteint ?

Initialement on a Cu2+ et SO -. Quand tous les ions Cu2+ ont été consommés, il reste en solution les ions SO - mais aussi les ions H+ formés.

4.b. Comment appelle-t-on une solution qui n'a que les ions mentionnés à la question précédente ?

Une solution dont les seuls ions sont H+ et SO - est une solution d'acide sulfurique.

4.c. Une telle solution peut-elle être électrolysée ? Simuler son électrolyse. Cela confirme-t-il votre réponse à la question 3. ? 

Une telle solution peut être électrolysée (comme le simulateur le montre). 

4.d. Mettre le curseur de l’onglet « Animation » sur max , augmenter l'intensité du courant d'électrolyse dans la fenêtre « Paramètres » (maximum 250 mA) et attendre la fin de l'électrolyse de la solution de sulfate de cuivre afin de voir ce qui se passe effectivement.

On peut aussi attendre que l'électrolyse (en cours) de la solution de sulfate de cuivre soit telle que la totalité des ions Cu2+ soit transformée.