Le
dihydrog�ne est un vecteur �nerg�tique qui pourrait avantageusement
remplacer les carburants carbon�s,
puisqu’il est sans �mission de gaz � effet de serre. Cependant, il n’en
existe pas de sources naturelles
significatives et il est donc n�cessaire de le fabriquer pour envisager
son utilisation. Les modes de production
actuels du dihydrog�ne reposent essentiellement sur le traitement
thermochimique de produits p�troliers,
qui produisent notamment du dioxyde de carbone. Une voie alternative
d’obtention du dihydrog�ne consiste
� r�aliser l’�lectrolyse de l’eau.
1- Repr�senter le
sch�ma de Lewis de la mol�cule d’eau.
L’�lectrolyse vise � r�aliser la transformation inverse de la
synth�se de
l’eau :
H
2 (gaz) + � O
2 (gaz) = H
2O(liquide).
Cette transformation ne peut avoir lieu spontan�ment. Pour la
forcer, de
l’�nergie est apport�e par un g�n�rateur permettant d’imposer un
courant
et de maintenir son intensit� I constante.
Le montage de principe est sch�matis� ci-dessous.
II-2- L’�lectrolyte est
constitu� d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium : NaOH, � la
concentration 0,50 mol.L
-1. D�terminer le pH de
l’�lectrolyte.
[H
3O
+] = 10
-14 / [HO
- ] = 10
-14
/ 0,5 =2 10
-14 mol / L
pH = -log(2 10
-14)=13,7.
II-3- Compl�ter
le sch�ma en indiquant par des fl�ches :
a. Le sens du courant qui traverse le circuit.
b. Les sens de d�placement des diff�rents ions en solution..
Lors du fonctionnement de l’�lectrolyseur, il se produit des
d�gagements gazeux sur chacune des deux
�lectrodes, d�s aux transformations �lectrochimiques suivantes :
a) 4 H
2O + 4 e
- --> 2 H
2 + 4 HO
-
b) 4 HO
- --> O
2 + 2 H
2O + 4 e
-
II-4- Pr�ciser, pour chaque �lectrode, sa polarit�,
la nature du gaz d�gag� et le type de transformation
�lectrochimique (oxydation ou r�duction) qu’il s’y produit.
R�duction de l'eau en dihydrog�ne � la cathode n�gative.
4 H2O
+ 4 e- --> 2 H2 + 4 HO-
Oxydation de l'eau en dioxyg�ne � l'anode positive.
4 HO
- --> O
2 + 2 H
2O
+ 4 e
-
II-5-a- Exprimer la
quantit� d’�lectricit� Q (en C) mise en œuvre au cours de l’�lectrolyse
en fonction de
l’intensit� I (en A) du courant et de la dur�e
Dt (en s) de l’�lectrolyse.
Q = I
Dt.
II-5-b- Exprimer la
quantit� n(H
2) (en mol) produite en fonction de Q.
Quantit� de mati�re d'�lectrons n(e
-) = Q / F.
n(H
2) = 0,5
n(e-)
= 0,5 Q / F.
II-5-c- Calculer la
quantit� n(H
2) produite lors d’une �lectrolyse men�e �
intensit� constante I = 2,0 A
pendant 50 minutes.
Q = 2,0 x 50 x60 =6,0 10
3 C.
n(H2)
=0,5 x6,0 103 / 96500 =0,031 mol.
II-6- Cocher le graphe
repr�sentant, � temp�rature T et pression P constantes, l’�volution du
volume V de
H
2 d�gag� en fonction du temps t.
Loi des gaz parfaits PV = n(H
2)RT ;
V =
n(H2)RT /
P.
n(H2)
=0,5 Q
/ F = 0,5 I Dt / F.
A
P et T constants, V est proportionnel au temps t.
II-7-
Quelle masse d’eau faut-il �lectrolyser pour obtenir une tonne (soit
1000 kg) de dihydrog�ne ?
n(H
2 ) =1,0 10
6 / M(H
2) =
1,0 106 / 2 = 5,0 105
mol.
H2O(liquide)
=
H2 (gaz) + � O2 (gaz).
n(eau) = n(H2 ) =5,0 105
mol.
Masse d'eau = 5,0 105 M(H2O) = 5,0 105
x18 =9,0 106 g = 9,0 tonnes.
