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Vidéo de question : Identifier les produits de l’électrolyse du sulfate de cuivre(II) en utilisant des électrodes en graphite ou en cuivre Chimie

Un étudiant effectue deux expériences d’électrolyse en utilisant du sulfate de cuivre(II) comme électrolyte. Il utilise des électrodes en graphite dans la première expérience et des électrodes en cuivre dans la deuxième expérience. Quelle ligne dans le tableau identifie correctement ce qui se passera aux électrodes lors des deux expériences ?

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Transcription de vidéo

Un étudiant effectue deux expériences d’électrolyse en utilisant du sulfate de cuivre(II) comme électrolyte. Il utilise des électrodes en graphite dans la première expérience et des électrodes en cuivre dans la deuxième expérience. Quelle ligne dans le tableau identifie correctement ce qui se passera aux électrodes lors des deux expériences ?

Avant de commencer à discuter de ce problème, enlevons ce tableau afin de libérer un peu d'espace à l'écran. Les expériences d’électrolyse sont effectuées en utilisant une cellule électrolytique. Les cellules électrolytiques sont constituées de deux électrodes baignant dans une solution électrolytique, soit une solution contenant des ions, qui sont connectées par des fils à une source d'alimentation électrique. La source d'alimentation électrique provoque une réaction d'oxydoréduction dans la cellule. Les ions chargés négativement dans la solution sont attirés vers l’électrode positive, aussi appelée anode.

À l’anode, les ions chargés négativement sont oxydés. Ceci produit des électrons qui voyagent à travers le fil vers l’électrode négative, aussi appelée cathode. Les ions positifs présents dans la solution sont attirés vers la cathode. Ici, ils acceptent les électrons qui ont traversé le fil et sont réduits. Appliquons maintenant ce que nous venons d'apprendre aux expériences mentionnées dans cette question.

La première expérience utilise des électrodes en graphite ainsi que du sulfate de cuivre(II) comme électrolyte. Alors, que se passera-t-il aux électrodes lors de cette expérience ? Nous savons que les ions cuivre deux plus sont attirés par la cathode, alors que les ions sulfate sont attirés par l’anode. Il existe toutefois d’autres espèces chimiques qui pourraient être oxydées ou réduites. Vous pouvez constater que des molécules d’eau sont également présentes dans la cellule. L’électricité qui circule dans la cellule électrolytique provoque la décomposition de certaines molécules d’eau en ions hydrogène et en ions hydroxyde. Ces ions sont aussi attirés par les électrodes. Comment pouvons-nous donc savoir quelles espèces chimiques seront oxydées à l’anode, les ions hydroxyde ou les ions sulfate ?

Voici la règle générale concernant la tendance des différentes espèces chimiques à s'oxyder à l’anode. Les ions halogène, chlorure, bromure et iodure ainsi que la plupart des électrodes fabriquées en matériaux réactifs ont davantage tendance à être oxydés. Ensuite nous avons l’ion hydroxyde. D’autres ions, comme l’ion sulfate et l’ion nitrate, sont beaucoup moins susceptibles d’être oxydés. Le graphite est inerte et il ne sera donc pas oxydé à l’anode. Par contre, l’ion hydroxyde sera oxydé. Cela produira de l’eau et de l’oxygène gazeux. Nous avons donc déterminé que de l’oxygène gazeux sera produit à l’anode.

Déterminons maintenant ce qui se passera à la cathode. L’élément le plus stable est celui qui réagit à la cathode. Nous pourrions également le considérer comme l’élément le moins réactif. Le cuivre est plus stable que l'oxygène. Ainsi, le cuivre sera l’espèce qui est réduite à la cathode. Les ions cuivre dans la solution sont réduits pour former du cuivre solide. Du cuivre métallique est ainsi formé à la cathode. Lors de la deuxième expérience, le seul changement est que les électrodes sont en cuivre plutôt qu'en graphite. Le graphite est inerte, alors que le cuivre est réactif. Cela signifie que le cuivre, plutôt que les ions hydroxyde, sera oxydé à l’anode. Le cuivre métallique qui compose l’électrode disparaîtra progressivement au fur et à mesure qu’il se dissout pour former des ions cuivre deux plus. Les ions cuivre deux plus seront réduits à nouveau pour former du cuivre métallique.

Nous pouvons donc maintenant répondre à la question. Nous savons que, dans la première expérience, de l’oxygène est produit à l’anode et du cuivre se forme à la cathode. Dans la deuxième expérience, l’anode est dissoute et du cuivre se forme à la cathode. Par conséquent, la ligne dans le tableau qui identifie correctement ce qui se passera aux électrodes lors des deux expériences est la ligne numéro trois.

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