Exercices sur l'électrozingage d’une pièce en acier , Exercices de Biochimie
Renee88
Renee8823 April 2014

Exercices sur l'électrozingage d’une pièce en acier , Exercices de Biochimie

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Exercices de chimie sur l'électrozingage d’une pièce en acier. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude du montage de l’électrolyse, Nécessité du milieu acide, Détermination de la masse de zinc déposée.
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Exercice III électrozincage d'une pièce en acier spécialité 4 points

2009 Réunion EXERCICE III : ELECTROZINCAGE D’UNE PIECE EN ACIER ( 4 points)

Afin de protéger les aciers contre la corrosion, il existe plusieurs procédés industriels de recouvrement de l’acier, notamment l’électrozincage très largement utilisé dans l’industrie automobile. L’électrozincage est un dépôt de zinc par électrolyse sur une pièce : c’est une méthode extrêmement fiable et précise, elle permet le dépôt de zinc sur une épaisseur d’une dizaine de micromètres sur une pièce en acier.

L’étude est réalisée avec du matériel couramment utilisé en travaux pratiques. 1. Étude du montage de l’électrolyse Le schéma de montage du dispositif est donné en ANNEXE. La pièce en acier est plongée dans une solution aqueuse de sulfate de zinc acidifiée (Zn2+(aq) + SO42–(aq)). Elle est reliée au pôle négatif du générateur. La pièce en zinc est reliée au pôle positif du générateur. 1.1. Indiquer le sens conventionnel du courant, ainsi que le sens de circulation des électrons sur le schéma de montage, ANNEXE À REMETTRE AVEC LA COPIE. 1.2. On observe que la pièce en zinc se désagrège. Préciser l’équation modélisant la réaction ayant lieu au niveau de la pièce de zinc, en utilisant l’un des couples ci-dessous.

Zn2+(aq) / Zn(s) O2(g) / H2O(l) H+(aq) / H2(g) 1.3. À quelle électrode, de zinc ou d’acier, l’oxydation a-t-elle lieu ? Justifier. 1.4. La concentration en ion zinc dans la solution aqueuse de sulfate de zinc, varie-t-elle au cours de l’électrolyse ? Justifier la réponse. 2. Nécessité du milieu acide En milieu basique, l’ion zinc Zn2+ peut réagir avec l’ion hydroxyde HO–, selon l’équation ci-dessous pour laquelle on associe la constante d’équilibre K à 25°C :

Zn2+(aq) + 2 HO–(aq) = Zn(HO)2(s) 2.1. Donner l’expression de la constante d’équilibre K. 2.2.On constate que le précipité se forme si la concentration en ion hydroxyde est supérieure à 3,16.10–9 mol.L–1 à 25°C. Montrer que la valeur du pH correspondant à cette concentration en ion hydroxyde est égale à 5,5. Donnée : Produit ionique de l’eau Ke = 1,0.10–14 à 25°C. 2.3. Le pH de la solution doit être inférieur à 5,5 pour réaliser cette électrolyse. Justifier.

3. Détermination de la masse de zinc déposée Au cours de l’électrolyse, l’intensité I du courant est maintenue constante. La durée de passage

du courant est notée t. On étudie la réaction qui a lieu à l’électrode reliée au pôle négatif, selon l’équation :

Zn2+(aq) + 2 e– = Zn(s)

Données : intensité I = 2,00 A ; t = 40,0 min ; M(Zn) = 65,37 g.mol–1 ; Faraday 1 F = 96 500 C.mol–1 ; 1 F = NA.e NA : constante d’Avogadro NA = 6,02.1023 mol–1 ; e : charge élémentaire e = 1,6.10–19 C 3.1. Quelle relation existe-t-il entre la quantité de matière de zinc formé, notée nZn, et la quantité de matière d’électron échangée, ne- ? 3.2. Montrer que la masse de zinc formée mZn peut se mettre sous la forme :

. . ( )

2 Zn

t M Zn m

F

 

I

3.3. En utilisant l’expression précédente, calculer la valeur de la masse de zinc formé pendant

la durée t. 3.4.On considère que le zinc se dépose équitablement et uniformément sur les deux faces de la plaque d’acier. Celle ci est carrée, de coté d = 10,0 cm et d’épaisseur négligeable. 3.4.1. Calculer la valeur de l’épaisseur e1 de zinc déposé sur un coté, en utilisant comme

valeur de la masse volumique du zinc Zn = 7,14 g.cm-3. 3.4.2. Convertir en micromètre le résultat précédent. Ce résultat est-il conforme à la valeur indiquée dans le texte introductif ?

ANNEXE (à remettre avec la copie)

G

Zinc acier

+ –

Solution aqueuse acidifiée de sulfate de zinc

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