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

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

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Exercices de chimie sur l'électrozingage d’une pièce en acier - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude du montage de l’électrolyse, Nécessité du milieu acide, Détermination de la masse de zinc...
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Exercice III. 2lectrozincage d'une pièce en acier Spécialité

Réunion 2009 EXERCICE III : ÉLECTROZINGAGE D’UNE PIECE EN ACIER (4 points) Calculatrice autorisée

1. Étude du montage de l’électrolyse 1.1 1.2 Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e– 1.3 D’après l’équation ci-dessus, àl’électrode de zinc, il se produit une oxydation qui libère des électrons.

1.4 Au cours de l’électrolyse, la concentration en ions Zn2+ reste constante. Sur la pièce

d’acier, on observe un dépôt de zinc. Pour chaque ion Zn2+ produit à l’anode, il disparaît un ion Zn2+ à la cathode.

ZnA(s) = Zn2+A(aq) + 2 e– Anode de zinc Zn2+C(aq) + 2 e– = ZnC(s) Cathode d’acier

Zn2+C(aq) + ZnA(s) = ZnC(s) + Zn2+A(aq) 2. Nécessité du milieu acide

2.1 Zn2+(aq) + 2 HO–(aq) = Zn(HO)2(s) K = ( ) ( )[ ] .[ ] 2 2

aq éq aq éq

1

Zn HO 

2.2 Ke = [H3O+(aq)]éq . [HO–(aq)]éq. d’où : [H3O+(aq)]éq. = Error! et pH = – log [H3O+(aq)]éq.

pH = – log Error!

pH = – logError!= 5,5

2.3 Il est nécessaire que le pH soit inférieur à 5,5 pour éviter la précipitation des ions Zn2+ sous forme de Zn(OH)2 . Il serait alors impossible de les réduire en Zn, à déposer sur la cathode.

G

Zinc Acier

+ –

i

e– e–

Solution aqueuse acidifiée de sulfate de zinc

3. Détermination de la masse de zinc déposée3.1 D’après la demi-équation Zn2+(aq) + 2 e– = Zn(s) , il faut échanger 2 moles d’électrons

pour former une mole d’atomes de zinc. Soit nZn = e n

2

.

3.2 nZn = Error!donc : mZn = nZn . M(Zn)

mZn = e n

2

. M(Zn)

La charge véhiculée dans le circuit pendant une durée t est Q = I . t, et est aussi Q = e

n  . F.

La quantité d’électrons véhiculée pendant cette durée t est donc ne- = .I t

F

Il vient donc mZn = .

.

I t

2 F

. M(Zn)

3.3 mZn = , ,2 00 40 0 60

2 96500

 

  65,37 = 1,63 g

3.4.1 mZn = ρZn . VZn et donc le volume de zinc déposé sur les deux faces est : VZn = Error!

Ce volume de zinc se dépose sur les deux faces, donc sur une surface S = 2.d²

L’épaisseur du dépôt est e1 = .

Zn

Zn Zn

2

m

V

S 2 d

 

e1 = . .

Zn

2

Zn

m

2 d  avec Zn en g.cm–3, d en cm, m en g et on utilise la valeur non arrondie de mZn.

e1 = ,

, ,2 1 6257

2 10 0 7 14  = 1,1410–3 cm

3.4.2 e1 = 1,14  10–3 cm = 1,14  10–5 m = 11,4  10–6 m = 11,4 µm. Résultat conforme avec le texte de l’encadré introductif qui évoque un dépôt d’une dizaine de micromètres.

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