Oui
Électrolyse
Piles et oxydoréduction
Sujet Bac Corrigé - Électrolyse des objets ferreux - Bac S Asie 2012 (ancien programme) - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2012
Bac S (ancien programme)
⚓ Cet exercice de 4 points suit la restauration d'un canon ancien repêché en mer, traité par électrolyse. Le sujet officiel et son corrigé détaillé sont gratuits, en PDF.
- Électrolyse : réduction à la cathode, oxydation des ions chlorure à l'anode.
- Bilan quantitatif : Q = I·Δt, quantité d'électrons, 98,1 mol de dihydrogène, soit 2,35 m³.
- Corrosion humide : demi-équations du fer et du dioxygène, rôle de l'eau.
- Protection : anode sacrificielle en zinc et seule réaction possible à la cathode.
Chaque question est corrigée pas à pas, avec les pièges classiques et les calculs à la calculatrice.
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
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Traitement électrolytique des objets ferreux : sauver un canon de la rouille
Le troisième exercice du bac S 2012 en Asie, noté sur 4 points, porte sur la restauration d'objets en fer, comme un canon ancien, par électrolyse. C'est un exercice d'oxydoréduction très guidé : on identifie ce qui se passe à chaque électrode, on fait un bilan quantitatif du dihydrogène dégagé, puis on étudie la corrosion du fer et sa protection par une anode sacrificielle en zinc. Les questions sont courtes, mais chaque définition doit être exacte.
Partie 1 : l'électrolyse du canon
Le canon est relié à la borne négative du générateur : il reçoit des électrons, c'est la cathode, siège d'une réduction. Le dégagement de dihydrogène observé à sa surface le confirme. À l'anode se produit une oxydation : les ions chlorure perdent des électrons selon 2 Cl- → Cl2 + 2 e-. Le piège est d'écrire la demi-équation dans le sens de la réduction.
La suite est un enchaînement de relations à établir. D'après la demi-équation 2 H+ + 2 e- = H2, une mole de dihydrogène consomme deux moles d'électrons : n(H2) = n(e-)/2, et non le double. Le courant étant constant, Q = I·Δt. Chaque électron portant la charge e, Q = n(e-)·NA·e. En combinant, on obtient n(H2) = I·Δt / (2 NA e).
L'application numérique demande de convertir les 700 heures en secondes, soit 2,52 × 106 s. Avec I = 7,50 A, on trouve n(H2) = 98,1 mol. Oublier la conversion donne un résultat 3600 fois trop petit. Avec un volume molaire de 24,0 L·mol-1, le volume de dihydrogène vaut 2,35 × 103 L, soit 2,35 m³ : il faut donner ce résultat avec trois chiffres significatifs, pas recopier l'affichage de la calculatrice.
Partie 2 : la corrosion humide du fer
On écrit les demi-équations Fe2+ + 2 e- = Fe et, en milieu basique, O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 HO-. Pour obtenir l'équation de la corrosion, on multiplie la demi-équation du fer par 2 afin d'échanger quatre électrons : 2 Fe + O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4 HO-. L'eau est un réactif et les ions formés n'existent qu'en solution : la corrosion se fait donc en milieu aqueux.
Partie 3 : l'anode sacrificielle
Le zinc, placé en anode, s'oxyde selon Zn → Zn2+ + 2 e-. Il est qualifié de sacrificiel parce qu'il se dissout à la place du fer, qui n'est pas oxydé : c'est un réducteur plus fort que le fer, et l'électrode doit être remplacée régulièrement. À la cathode, seule une réduction est possible ; parmi Fe, H+ et Cl-, le seul oxydant présent est l'ion H+, d'où 2 H+ + 2 e- → H2. Proposer la réduction de Fe2+ ou de Cl2 est une erreur, puisque ces espèces ne sont pas présentes.
Conseils
Retenez que l'anode est toujours le lieu de l'oxydation et la cathode celui de la réduction, quel que soit le dispositif. Dans les calculs de quantité d'électricité, travaillez en littéral jusqu'au bout, convertissez la durée en secondes, puis vérifiez le nombre de chiffres significatifs.