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2.2 Pièces de rechange
1002900 Tubes collecteurs de gaz
1002901 Paire d'électrodes en platine
1002902 Récipient de détente, 250 ml
3. Théorie
Contrairement aux conducteurs métalliques dans les-
quels le courant est transporté par des électrons, ce
transport est assuré par des ions au cours des électro-
lytes.
L'eau contenant de l'acide sulfurique présente les ions
–
2–
+
HSO
, SO
et H
O
. Lorsqu'on applique une tension,
4
4
3
les ions se mettent en mouvement et l'eau est électro-
lysée. L'hydrogène et l'oxygène sont séparés. A partir
+
de 2 ions H
O
, il se forme une molécule H
3
thode (pôle négatif) et une molécule O
positif). L'acide sulfurique reste inchangé et n'agit que
comme catalyseur pour l'électrolyse de l'eau.
La charge Q transportée au cours de l'électrolyse entre
les électrodes peut être calculée à partir de l'intensité
Ι et la durée t à l'aide de l'équation suivante :
Q = Ι · t
Si la charge d'un ion z comporte des charges élémen-
taires e, Q/ze ions sont donc séparés.
+
Pour H
O
, z = 1 ; Q/2e molécules H
3
rées, car il faut 2 ions par molécule. Pour séparer n
moles H
, il faut donc une charge de
2
Q = 2e · N
· n
L
N
étant le nombre d'Avogadro et représentant le nom-
L
bre de molécules par mole (N
Si l'on connaît n et Q, cette équation permet de déter-
miner la constante de Faraday F, le produit des deux
constantes fondamentales que sont la charge élémen-
taire et le nombre d'Avogadro :
5
F = e · N
~ 10
C/mole
L
Le nombre n de moles séparées peut être aisément
calculé à partir du volume.
Car la loi sur les gaz
p · V = n · R · T,
montre le rapport entre la pression p, le volume V , la
température T et le nombre molaire n. La tempéra-
ture T en Kelvin peut être facilement calculée à partir
de la température en Celsius t
présente la constante de gaz universelle avec la valeur
–1
–1
R = 8,3 J mol
K
(Joule par mole et Kelvin).
Une charge Q génère à la cathode Q/2e molécules H
Cela correspond (avec le nombre d'Avogadro
23
N
= 6 · 10
/mole)
L
⋅
Q
p V
=
=
n
⋅
⋅
2
e N
R T
L
à la ca-
2
à l'anode (pôle
2
sont donc géné-
2
23
= 6,0 · 10
/mole).
L
(T = t
+ 273 K). R re-
c
c
2
mol
La constante de Faraday F correspond alors à
= ⋅
F
e N
3. Exemples d'expériences
3.1 Etude de la conductivité de l'eau et de sa
composition
Matériel requis
Appareil de décomposition de l'eau
Source de tension
Câble de raccord
Eau distillée
Acide sulfurique dilué
Réalisation de l'expérience :
• Monter l'expérience comme le montre la fig. 1.
• Remplir le récipient de détente avec de l'eau dis-
tillée, les robinets étant ouverts.
Modifier la hauteur du récipient de détente pour
remplir complètement les tubes collecteurs de gaz.
• Refermer les robinets de gaz. Le niveau d'eau du
récipient de détente doit être plus élevé que celui
des tubes collecteurs de gaz.
• Vérifier l'étanchéité de l'appareil et, au besoin, res-
serrer des raccords.
• Mettre l'alimentation en service et observer les élec-
trodes.
• Comme aucune réaction n'est perceptible, remet-
tre l'alimentation hors service.
• Verser quelques gouttes d'acide sulfurique (c = env.
1 mole/l).
• Patienter env. 5 minutes, puis remettre l'alimenta-
tion en service.
• Des bulles de gaz se forment aux deux électrodes.
• Lorsque le tube collecteur à la cathode (pôle néga-
tif) est rempli de moitié de gaz, mettre l'alimenta-
tion hors service.
• Pour permettre une lecture exacte du volume de
gaz, abaisser le récipient de détente jusqu'à ce que
les niveaux dans le récipient et dans le tube collec-
teur soient similaires.
• Ouvrir les robinets et récupérer du gaz
pneumatiquement dans des éprouvettes retour-
nées.
• Démontrer la présence de l'hydrogène par explo-
.
sion, celle de l'oxygène à l'aide d'un copeau de bois
couvant.
Résultat :
• Avec de l'eau distillée, il n'y a pas d'électrolyse.
• Au cours de l'électrolyse de l'eau distillée, l'adjonc-
8
⋅ ⋅
Q R T
=
=
96500 /
C mol
.
L
⋅ ⋅
2
p V
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