Transferts spontanés directs

Lorsque les espèces chimiques de deux couples oxydant / réducteur réagissent dans un mélange, il y a transfert spontanée direct d’électrons par contact entre l’oxydant d’un couple et le réducteur d’un autre couple

Transferts spontanés indirect d’électrons

Une pile électrochimique est un générateur qui transforme de l’énergie chimique fournie par une réaction d’oxydoréduction spontanée en énergie électrique.

Constitution d’une pile

Une pile est constituée de :
Deux demi-piles formées par deux couples oxydant/réducteur : $Cu^{2 +} / Cu$ et $Zn^{2 +} / Zn$ : la première demi-pile est formé par un métal $Cu_{(s)}$ qui plonge dans une solution contenant les cations métalliques $Cu^{2 +}$ et la seconde par un métal $Zn_{(s)}$ plongeant dans une solution contenant les cations métalliques $Zn^{2 +}$
D’un pont électrolytique, appelé aussi pont salin, qui relie les deux solutions :
- Ces solutions sont appelés électrolytes ou solutions électrolytiques ou ioniques.
- Les deux métaux $Cu_{(s)}$ et $Zn_{(s)}$ , appelés électrodes, constituent les pôles ou les bornes de la pile.

Anode

Cathode

Méthodes de détermination (anode/cathode)

Méthode 1 : observation

L’électrode où se produit l’oxydation représente l’anode, la borne négative de la pile.
L’électrode où se déroule la réduction constitue la cathode, la borne positive de la pile.

Méthode 2 : Schéma conventionnel

La borne positive est toujours placée à droite et le pont électrolytique est représenté par double trait (//)

Méthode 3 : Le quotient de réaction

Le critère d’évolution spontanée permet de connaitre le sens de la réaction qui se déroule pour atteindre l’équilibre et on en déduit les réactions qui se produisent aux électrodes (anode et cathode) et qui donnent ensuite le déplacement des porteurs de charge.

Méthode 4 : Pôle (com,A)

On branche un ampèremètre entre les bornes de la pile.
Si l’ampèremètre indique une intensité du courant électrique positive, alors sa borne COM est donc liée au pôle négatif de la pile, et s’il indique une intensité du courant électrique négative, sa borne COM est liée au pôle positif de la pile.

Transformations forcées : Électrolyse

Une électrolyse est une transformation d’oxydoréduction forcée par un générateur de tension continue au cours de laquelle le système électrochimique évolue dans le sens inverse de celui qui serait spontanément observé.

Le courant électrique circule toujours dans le circuit électrique du pôle positif vers le pôle négatif du générateur

Le sens de déplacement des différents porteurs de charge

Les électrons

les électrons se déplacent dans le circuit extérieur, en sens inverse du courant électrique,

Les ions

Les ions positifs (les cations) : se déplacent dans le sens du courant électrique, vers la cathode, l’électrode reliée au pôle négatif du générateur

Les ions négatifs (les anions) : se déplacent en sens inverse du courant électrique, vers l’anode, l’électrode reliée au pôle négatif du générateur

Au voisinage de l’anode, le réducteur subit une oxydation, selon le demi – équation suivante :

$Red_{1} \to Ox_{1} + n_{1} e^{-}$

Au voisinage de la cathode, l’oxydant subit une réduction, selon la demi- équation suivante :

$Ox_{2} + n_{2} e^{-} \to Red_{2}$

Montage

Application

Equation bilan

Demi réaction de réduction

$A u^{3 +} + 3 e^{-} ⇆ A u$

Demi réaction d’oxydation

$2 H_{2} O ⇆ O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-}$

Equation Bilan

$4 Au^{3 +} + 6 H_{2} O \to 4 Au + 3 O_{2} + 12 H^{+}$

Tableau d'avancement

La masse déposée

Pour calculer la masse déposée, il y a deux méthodes :

La première méthode

$n (A u) = \frac{m ( A u )}{M ( A u )}$

Alors

$m (A u) = n (A u) \times M (A u)$

$m (A u) = 4 \cdot x \cdot M (A u)$

La deuxième méthode

$ρ_{A u} = \frac{m ( A u )}{V}$

Alors

$m (A u) = ρ_{A u} \times V$

Avec

$V = S_{T} \times e$

$S_{T}$ :la surface du dépot

e: l'épaisseur