L'électrolyse est généralement étudiée en électrochimie comme un système qui contient une cuve ou une cellule électrolytique (un conteneur) avec une substance liquide ou en solution, dans laquelle sont immergées deux électrodes (la cathode ou pôle négatif et l'anode ou pôle positif). Ces électrodes sont connectées à un générateur (pile ou batterie) qui, lorsqu'il est allumé, conduit l'électricité à partir d'un électrode à l'autre à travers le liquide, provoquant des réactions d'oxydoréduction qui transforment l'énergie électrique en énergie chimie.
Cependant, lorsque l'électrolyse est appliquée dans les industries, en pratique, il ne s'agit pas simplement d'une cellule électrochimique à deux électrodes; mais plutôt plusieurs énormes réservoirs connectés en série, comme le montre l'image d'ouverture. De plus, un seul générateur avec une capacité suffisante est utilisé pour entretenir tous ces réservoirs, car si un générateur était utilisé pour chaque réservoir, la perte économique rendrait la production irréalisable industriel.
Dans le texte Aspects quantitatifs de l'électrolyse il a été montré qu'au moyen de la formule de charge électrique (Q = i. t) et par la relation de la constante de Faraday (96500 C) avec les masses molaires des substances et avec les demi-réactions équilibré cathodique et anodique, il est possible de déterminer la masse de la substance qui a été transformée ou obtenue dans une cuve électrolytique.
Cela peut également être fait dans le cas de l'électrolyse en série. Mais il y a deux facteurs à prendre en compte :
1. Le générateur étant un pour toutes les cellules électrolytiques, le temps (t) et l'intensité du courant électrique (i) seront les mêmes pour toutes les cellules. Par conséquent, la charge électrique (Q) sera également la même pour toutes les cellules ;
2. La masse obtenue ou transformée dans chaque cellule sera différente, puisque les substances contenues dans chacune sont distinctes. C'est parce que, par exemple, l'ion Zn2+ nécessite deux fois plus d'électrons que l'ion Ag1+. Ces masses peuvent être calculées à l'aide de règles de trois ou directement à l'aide de la formule ci-dessous :
m = __M. Q__
q. 96500
Sur quoi:
M = masse molaire de chaque substance ;
Q = charge électrique du système ;
q = charges ioniques, par exemple si les ions sont Ag1+, la valeur de q sera 1.
Voir un exemple de la façon d'effectuer ce type de calcul :
Exemple: Il y a trois cuves électrolytiques connectées en série, chacune contenant AgNO3, CuSO4 et ZnCℓ2. Sachant que 108 g d'argent métallique ont été déposés dans la première cuve, on peut conclure que les suivants ont également été déposés :
a) 31,75 g de cuivre métallique.
b) 65,4 g de zinc métallique.
c) 63,5 g de cuivre métallique.
d) 108 g de cuivre métallique.
e) 108 g de zinc métallique.
(Masses atomiques: Ag = 108; Cu = 63,5; Zn = 65,4).
Résolution:
A partir de la masse trouvée dans la première cellule électrolytique, on peut découvrir la charge électrique du système, qui est la même pour toutes les cellules :
Ag+ + 1e-→ Ag
↓ ↓
1 mol 1 mol
1mol. 96500 C 108 g (masse molaire)
Q 108 g (masse obtenue)
Q = 96500C
Avec cette valeur en main, on peut découvrir les masses d'autres métaux. Cela peut être fait par la règle de trois ou la formule qui a été donnée plus tôt :
- Par règle de trois :
2ème cuve électrolytique: 3ème cuve électrolytique :
Cul2+ + 2e-→ CuZn+2 + 2e-→ Zn
↓ ↓ ↓ ↓
2 mol 1 mol 2 mol 1 mol
2. 96500 C 63,5 g 2. 96500 C 65,4 g
96500 cmCul 96500 cmZn
mCul = 31,75 gmZn = 32,7 grammes
- Par la formule: m = __M. Q__
q. 96500
2ème cuve électrolytique: 3ème cuve électrolytique :
mCul = (63,5). (96500) mZn = (32,7). (96500)
2. 96500 1. 96500
mCul = 31,75 gmZn =32,7g
Par conséquent, l'alternative correcte est la lettre "a".
Par Jennifer Fogaça
Diplômé en Chimie
La source: École du Brésil - https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-serie.htm