| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Définir l'électrolyse comme la décomposition d'un composé ionique, lorsqu'il est fondu ou en solution aqueuse, par le passage d'un courant électrique | 8 Décrire le transfert de charge lors de l'électrolyse en incluant : (a) le mouvement des électrons dans le circuit externe (b) la perte ou le gain d'électrons aux électrodes (c) le mouvement des ions dans l'électrolyte |
| 2 Identifier dans des cellules électrolytiques simples : (a) l'anode comme l'électrode positive (b) la cathode comme l'électrode négative (c) l'électrolyte comme la substance fondue ou aqueuse subissant l'électrolyse | |
| 3 Identifier les produits formés aux électrodes et décrire les observations faites lors de l'électrolyse de : (a) bromure de plomb(II) fondu (b) chlorure de sodium aqueux concentré (c) acide sulfurique dilué utilisant des électrodes inertes en platine ou carbone/graphite | 9 Identifier les produits formés aux électrodes et décrire les observations faites lors de l'électrolyse de sulfate de cuivre(II) aqueux en utilisant des électrodes inertes en carbone/graphite et lorsque des électrodes en cuivre sont utilisées |
| 4 Affirmer que les métaux ou l'hydrogène sont formés à la cathode et que les non-métaux (autre que l'hydrogène) sont formés à l'anode | |
| 5 Prédire l'identité des produits à chaque électrode pour l'électrolyse d'un composé binaire à l'état fondu | 10 Prédire l'identité des produits à chaque électrode pour l'électrolyse d'un halogénure en solution aqueuse diluée ou concentrée |
| 11 Construire les demi-équations ioniques pour les réactions à l'anode (montrant l'oxydation) et à la cathode (montrant la réduction) | |
| 6 Affirmer que les objets métalliques sont plaqués électrolytiquement pour améliorer leur apparence et leur résistance à la corrosion | |
| 7 Décrire comment les métaux sont plaqués électrolytiquement |
Électrochimie
Chimie IGCSE · Sujet 4
10:25
Électrolyse
Le courant électrique peut faire quelque chose d'étonnant : il peut décomposer un composé. Faites passer un courant dans un composé fondu ou dissous, et il se scinde en ses éléments_elems.…
Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
4.1
Électrolyse
Programme
Source : Programme Cambridge International
Électrolyse 电解 est la décomposition (décomposition 分解) d'un composé ionique 离子化合物 — lorsqu'il est fondu 熔融 ou en solution aqueuse 水溶液 — par le passage d'un courant électrique 电流 à travers lui.
Cela ne fonctionne que lorsque la substance est fondue ou dissoute, car alors les ions 离子 sont libres de bouger et de transporter la charge. Un composé ionique solide ne peut pas être électrolysé car ses ions sont bloqués en place.
La cellule d'électrolyse
Le montage s'appelle une cellule d'électrolyse 电解池. Deux électrodes 电极 (conducteurs solides) plongent dans l'électrolyte 电解质 — la substance fondue ou aqueuse qui est décomposée.
- L'anode 阳极 est l'électrode positive ($+$).
- La cathode 阴极 est l'électrode négative ($-$).
Les électrodes sont souvent inertes 惰性 (elles ne réagissent pas), comme le platine 铂 ou le carbone/le graphite 石墨.
Ce qui se forme à chaque électrode
Il y a une règle simple :
- Métaux 金属 ou hydrogène 氢气 se forment à la cathode.
- Non-métaux 非金属 (à l'exception de l'hydrogène) se forment à l'anode.
Pour les solutions aqueuses, le produit peut dépendre de la solution soit dilué 稀 ou concentré 浓. Voici les trois exemples clés :
| Électrolyte | À la cathode ($-$) | À l'anode ($+$) |
|---|---|---|
| bromure de plomb(II) fondu, $\text{PbBr}_2$ | plomb 铅 (liquide argenté) | brome 溴 (vapeur rouge-brun) |
| chlorure de sodium aqueux concentré | hydrogène (bulles de gaz) | chlore 氯气 (gaz vert pâle) |
| acide sulfurique dilué 硫酸 | hydrogène (bulles de gaz) | oxygène 氧气 (bulles de gaz) |
Exemple résolu. Prédire les produits de l'électrolyse du chlorure de zinc fondu, $\text{ZnCl}_2$. Comme il est fondu, seuls les ions zinc et les ions chlorure sont présents - il n'y a pas d'eau pour compliquer les choses. Le zinc est un métal, donc il se forme à la cathode : $\text{Zn}^{2+}$ ions gagnent des électrons et du zinc argenté apparaît. Le chlore est un non-métal, donc il se forme à l'anode : du gaz chlore vert pâle dégagement par bulles. Vérifiez toujours l'état d'abord. Un composé fondu vous donne simplement ses deux éléments, tandis qu'un composé aqueux fait entrer l'eau en compétition - c'est pourquoi une solution de chlorure de sodium concentrée donne de l'hydrogène à la cathode plutôt que du sodium.
Comment la charge se déplace
Pendant l'électrolyse :
- Électrons 电子 circulent dans les fils (le circuit externe 外电路) depuis l'alimentation électrique.
- À la cathode, les ions positifs gagnent des électrons. Gagner des électrons est une réduction 还原.
- À l'anode, les ions négatifs perdent des électrons. Perdre des électrons est une oxydation 氧化.
- À l'intérieur de l'électrolyte, les ions bougent : les ions positifs vont vers la cathode et les ions négatifs vers l'anode.
Vous pouvez écrire une équation demi-électrode 半反应式 pour chaque électrode. Pour le bromure de plomb(II) fondu :
$$\text{Pb}^{2+} + 2e^{-} \rightarrow \text{Pb} \quad (\text{cathode, reduction})$$
$$2\text{Br}^{-} \rightarrow \text{Br}_2 + 2e^{-} \quad (\text{anode, oxidation})$$
Électrolyse du sulfate de cuivre(II)
Le produit à l'anode dépend de l'électrode :
- Avec des électrodes de carbone inertes : cuivre 铜 se forme à la cathode et oxygène se forme à l'anode. La couleur bleue de la solution s'estompe lentement alors que le cuivre est retiré.
- Avec des électrodes de cuivre : le cuivre se forme à la cathode, tandis que l'anode elle-même se dissout dans la solution. La couleur bleue reste la même. Cela est utilisé pour purifier le cuivre.
Galvanoplastie
Galvanoplastie 电镀 signifie recouvrir un objet métallique d'une fine couche d'un autre métal. Cela améliore son apparence et sa résistance à la corrosion 腐蚀 (rouille et usure).
Pour galvaniser un objet :
- l'objet à revêtir est rendu cathode ;
- le métal de revêtement est rendu anode ;
- l'électrolyte est une solution contenant des ions du métal de revêtement.
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À l'intérieur d'une cellule d'électrolyse
Choisissez un électrolyte et observez le mouvement des ions : les ions positifs vers la cathode, les ions négatifs vers l'anode.
Vocabulaire
Entrainer
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| electrolysis/ɪlekˈtrɒləsɪs/ | 电解 | diàn jiě |
| decomposition/ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/ | 分解 | fēn jiě |
| ionic compound/aɪˈɒnɪk ˈkɒmpaʊnd/ | 离子化合物 | lí zi huà hé wù |
| molten/ˈməʊltn/ | 熔融 | róng róng |
| aqueous/ˈeɪkwɪəs/ | 水溶液 | shuǐ róng yè |
| electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ | 电流 | diàn liú |
| ions/ˈaɪɒnz/ | 离子 | lí zi |
| electrolytic cell/ɪˌlektrəˈlɪtɪk sel/ | 电解池 | diàn jiě chí |
| electrodes/ɪˈlektrəʊdz/ | 电极 | diàn jí |
| electrolyte/ɪˈlektrəlaɪt/ | 电解质 | diàn jiě zhì |
| anode/ˈænəʊd/ | 阳极 | yáng jí |
| cathode/ˈkæθəʊd/ | 阴极 | yīn jí |
| inert/ɪˈnɜːt/ | 惰性 | duò xìng |
| platinum/ˈplætɪnəm/ | 铂 | bó |
| graphite/ˈɡræfaɪt/ | 石墨 | shí mò |
| metals/ˈmetlz/ | 金属 | jīn shǔ |
| hydrogen/ˈhaɪdrədʒn/ | 氢气 | qīng qì |
| non-metals/nɒn ˈmetlz/ | 非金属 | fēi jīn shǔ |
| dilute/daɪˈluːt/ | 稀 | xī |
| concentrated/ˈkɒnsəntreɪtɪd/ | 浓 | nóng |
| lead/liːd/ | 铅 | qiān |
| bromine/ˈbrəʊmaɪn/ | 溴 | xiù |
| chlorine/ˈklɔːriːn/ | 氯气 | lǜ qì |
| sulfuric acid/sʌlˈfjʊərɪk ˈæsɪd/ | 硫酸 | liú suān |
| oxygen/ˈɒksɪdʒn/ | 氧气 | yǎng qì |
| electrons/ɪˈlektrɒnz/ | 电子 | diàn zi |
| external circuit/ekˈstɜːnl ˈsɜːkɪt/ | 外电路 | wài diàn lù |
| reduction/rɪˈdʌkʃn/ | 还原 | huán yuán |
| oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ | 氧化 | yǎng huà |
| half-equation/hɑːf ɪˈkweɪʒn/ | 半反应式 | bàn fǎn yìng shì |
| copper/ˈkɒpə/ | 铜 | tóng |
| electroplating/ɪˌlektrəʊˈpleɪtɪŋ/ | 电镀 | diàn dù |
| corrosion/kəˈrəʊʒn/ | 腐蚀 | fǔ shí |
4.2
Piles à combustible hydrogène-oxygène
Programme
| Fondamental | Supplémentaire |
|---|---|
| 1 Affirmer qu'une pile hydrogène-oxygène utilise l'hydrogène et l'oxygène pour produire de l'électricité avec l'eau comme seul produit chimique | 2 Décrire les avantages et inconvénients de l'utilisation de piles hydrogène-oxygène par rapport aux moteurs à essence/carburant dans les véhicules |
Source : Programme Cambridge International
Une pile à combustible 燃料电池 utilise l'hydrogène et l'oxygène pour produire directement de l'électricité. Le seul produit chimique est l'eau.
$$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$$
Il est utile de comparer une pile à combustible avec un moteur à essence (essence) normal dans un véhicule.
| Pile à combustible hydrogène-oxygène | Moteur à essence | |
|---|---|---|
| Produit principal | uniquement de l'eau | dioxyde de carbone et polluants 污染物 |
| Effet sur l'air | propre | augmente la pollution de l'air |
| Stockage du carburant | l'hydrogène est difficile et dangereux à stocker (inflammable, nécessite haute pression) | l'essence est facile à stocker |
| Source | l'hydrogène peut être fabriqué à partir de combustibles fossiles | fabriqué à partir de pétrole brut |
Avantages de la pile à combustible : le seul produit est l'eau, donc cela ne pollue pas l'air, et elle convertit efficacement l'énergie chimique en électricité. Inconvénients : l'hydrogène est difficile à stocker et transporter en toute sécurité, et la production de l'hydrogène peut encore utiliser l'énergie des combustibles fossiles.
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À l'intérieur d'une pile à combustible hydrogène-oxygène
Passez étape par étape à travers une pile à combustible. L'hydrogène et l'oxygène se combinent pour former de l'eau, et l'énergie de cette réaction est libérée sous forme d'électricité — sans dioxyde de carbone.
Vocabulaire
Entrainer
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| fuel cell/ˈfjuːəl sel/ | 燃料电池 | rán liào diàn chí |
| pollutants/pəˈluːtənts/ | 污染物 | wū rǎn wù |
4.2
Conseils d'examen
- À la cathode (négative) vous obtenez un métal ou de l'hydrogène ; à l'anode (positive) vous obtenez un non-métal. Les ions positifs se déplacent vers la cathode, les ions négatifs vers l'anode.
- Un composé fondu donne simplement ses deux éléments. Une solution aqueuse peut donner quelque chose de différent (chlorure de sodium concentré donne hydrogène et chlore, pas de sodium).
- Réduction est gain d'électrons (à la cathode) ; oxydation est perte d'électrons (à l'anode). Rappelez-vous OIL RIG.
- Dans une équation demi-électrode, les atomes et les charges doivent être équilibrés, avec les électrons du bon côté : $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cathode).
- Pour galvaniser un objet, faites-le être la cathode, faites du métal de revêtement l'anode, et utilisez une solution contenant des ions du métal de revêtement.
Leçons interactives sur ce sujet
Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.