Courbes Courant-Potentiel Et Applications Flashcards
Pourquoi une étude cinétique est-elle nécessaire en plus de l’étude thermodynamique ?
On a étudié le point de vue thermodynamique en PCSI et PC, mais les électrons sont soumis à des considérations cinétiques qui viennent valider les prévisions thermodynamiques : une réaction favorisée qui se fait à une vitesse extrêmement lente ne sert à rien
Qu’appelle-t-on une réaction électrochimique ?
C’est un échange d’électrons à la surface d’un conducteur
Comment définir l’oxydation et la réduction par rapport aux électrons ?
Qu’appelle-t-on vitesse de réduction et vitesse d’oxydation ?
On étudie un courant i algébrique entre l’électrode et la solution, quelle est la convention quant au signe de i ?
Comment savoir si on fait une oxydation ou une réduction selon le signe de i ?
Justif
Exprimer i comme une dérivée
Qu’a-t-on de particulier entre i et la vitesse de réduction ?
Justif
Ils sont proportionnels et de signes opposés
En quoi est-ce cohérent que i et la vitesse de réduction soient proportionnels et de signes opposés ?
Quels sont les facteurs cinétiques électrochimiques ?
Quel est l’objectif de ce chapitre ?
L’objectif est de déterminer la courbe courant-potentiel, c’est-à-dire i = f(e)
Qu’appelle-t-on une électrode de référence ?
C’est une électrode dont le potentiel est :
- fixe
- à température donnée
- sans courant électrique (résistance interne infinie du voltmètre)
Comment s’appelle le montage qui permet de tracer i(e) ? Quel est-il ?
- générateur
- voltmètre : électrode de travail / électrode de référence
- ampèremètre : circuit fermé électrode de travail / contre-électrode
À quoi sert la contre-électrode dans un montage à trois électrodes ?
Elle sert à fermer le circuit pour former un circuit dans lequel le courant peut circuler dans l’électrode de travail mais pas l’électrode de référence
Qu’appelle-t-on système électrochimique ?
On appelle système électrochimique l’ensemble constitué d’un couple redox et d’un conducteur (électrode) sur lequel se déroule l’échange d’électrons.
(Ne pas oublier du parler du conducteur : il est dans les facteurs cinétiques)
Que peut-on toujours dire à priori sur la forme d’un diagramme intensité-potentiel ?
Si E > E(ox/red), la différence de potentiel est de la solution vers l’électrode, donc le courant a lieu de l’électrode vers la solution (oxydation) : i > 0
Définir un système électrochimique rapide et un système électrochimique lent
Quelle condition qualitative faut-il vérifier pour avoir i≠0 pour un système électrochimique lent ?
Pour un système électrochimique lent, il faut s’écarter de E(ox/red) avant d’avoir i≠0
Tracer le diagramme intensité-potentiel d’un système rapide au voisinage de E(ox/red)
Ox à gauche car les oxydants ont un plus grand potentiel
Tracer le diagramme intensité-potentiel d’un système lent au voisinage de E(ox/red)
Si l’électrode est une des espèces du couple rédox impliqué dans la cellule électrochimique, que peut-on dire de la cinétique de la réaction ?
Il n’y a pas de modification brutale lorsqu’on passe de Fe(2+) à Fe par exemple, on a donc toujours un système rapide
Quels sont les éléments fondamentaux d’un diagramme courant-potentiel d’une réaction lente et pourquoi ?
Deux points fondamentaux :
- le point de départ (E(ox/red)), que l’on détermine par la relation de Nernst et qui décrit l’aspect thermodynamique
- les points de «décollage» (surpotentiels anodique et cathodique) qui décrivent l’aspect cinétique
Expliquer ce qu’est le courant limite de diffusion et pourquoi on l’observe expérimentalement
- l’espèce active en solution est consommée à la surface du conducteur
- or, plus |i| augmente, plus la vitesse de consommation de l’espèce augmente
- cependant, la loi de Fick impose une vitesse maximale pour la diffusion des particules vers l’électrode
- et donc pour leur consommation
- ainsi, il existe aussi un |i| maximal, appelé courant limite de diffusion
Tracer le diagramme intensité-potentiel d’un système lent
À quoi est proportionnel le courant limite de diffusion ?
Justif
- S car Fick donne surfacique
- D et autre car Fick
Si l’électrode est active (c’est-à-dire qu’elle est impliqué dans le couple rédox de la solution), tracer le diagramme courant-intensité
Qu’est-ce que le cas particulier du solvant dans le tracé des diagrammes courant-potentiel ?
Justif
Rappeler les deux couples de l’eau ainsi que leurs potentiels standards
Tracer le diagramme courant-potentiel de l’eau sur une électrode quelconque
Quelle est la conséquence expérimentale de l’apparition d’un mur de potentiel ?
Les réactions qui auraient lieu à des potentiels derrière les murs du solvant ne sont plus accessibles expérimentalement
Que peut-on dire de manière générale sur la cinétique de réaction des couples rédox de l’eau ?
Quelle est l’intensité que l’on mesure si plusieurs réactions se déroulent à la surface d’une électrode ?
Si plusieurs réactions se déroulent à la surface d’une électrode, l’intensité totale mesurée est la somme des intensités associées à chacune des réactions
Faire le tracé global
Attention
Justifier l’existence du point de fonctionnement
Il existe un unique potentiel auquel on vérifie cette condition
Tracer le diagramme courant-intensité si E1 > E2 et i ≠ 0
Tracer le diagramme courant-intensité si E1 > E2 et i ≈ 0
Tracer le diagramme courant-intensité si E1 > E2 et i = 0
Tracer le diagramme courant-intensité si E1 < E2
Qu’appelle-t-on la cémentation ?
C’est l’action d’un métal sur un cation métallique : la réduction d’un cation métallique par un autre métal
Qu’appelle-t-on un métal noble ?
C’est un métal dont le potentiel standard est supérieur à 0 : il ne s’oxyde pas au contact de O2
Quelle est la réaction qui peut se produire ?
Justif
Tracer le diagramme courant-potentiel
Comment évolue le diagramme si la réaction entre Cu et Ag+ avance ?
Commenter
Quelle réaction s’effectue ?
Justifier
Lorsqu’on a une électrode en milieu acide, toujours penser à son oxydation
Il ne se passe rien, commenter
Si on nous dit qu’on met un métal dans de l’eau et qu’on nous demande de déterminer la constante de réaction, à quoi faut-il faire attention ? Comment ?
Attention : si on met metal dans de l’eau, ce ne sont en réalité pas des H+ que l’on consomme mais des H2O. Une fois qu’on a déterminé la demi-équation en milieu acide, on ajoute l’autoprotolyse de l’eau. Alors, pour déterminer la constante de réaction, on utilise la relation de Nernst en milieu acide (c’est là qu’on référence les potentiels) puis on regarde la combinaison qu’on a fait avec l’autoprotlyse de l’eau (K° = 1014)
Si on touche le plomb avec un fil de platine (dans l’eau), on observe un important dégagement gazeux sur le fil et la surface du plomb s’altère. Commenter
Expliquer la circulation des porteurs de charge
Quel est la principe de fonctionnement de l’électrolyse ? À quoi faut-il faire attention ?
Une cellule électrochimique (deux demi-piles reliées par une jonction électrolytique) en fonctionnement forcé (il faut un générateur…)
Pourquoi fait-on parfois électrolyse à un compartiment ?
Lorsque les produits sont gazeux ou solides, il n’y a pas de risque de migration vers l’autre électrode, on peut donc faire un seul compartiment
Faire le schéma de l’électrolyse à un compartiment
Que peut-on dire de la réaction qui s’effectue dans l’électrolyseur ?
Dans un électrolyseur, la réaction est non spontanée
Que donne la règle du gamma dans un électrolyseur ?
Quelles sont les différentes espèces à considérer pour une électrolyse et quels sont leurs rôles ?
Quelle est la première chose à faire si on étudie une électrolyse ?
Il faut faire des listes :
- oxydations envisageables : eau + tous les réducteurs
- réduction envisageables : eau + tous les oxydants
Du point de vue thermodynamique, quelle est la réaction qui se produit lors d’une électrolyse ?
Quel est le lien entre la règle du γ et les diagramme i/e ?
Qu’appelle-t-on la tension seuil de l’électrolyse ?
C’est donc la tension qu’il faut fournir pour pouvoir faire l’électrolyse (avoir i≠0)
On remarque en pratique que la tension à appliquer pour pouvoir faire l’électrolyse est supérieure à la tension seuil. Commenter
Comment déterminer la tension à appliquer pour faire une électrolyse à i = 2A ?
On regarde i = 2A et i = -2A et on fait la différence des deux potentiels pour lesquels c’est vérifié
Lorsque plusieurs oxydations et/ou plusieurs réductions sont possibles, quelle est la tension seuil ?
Comment faire si on veut faire réagir 1 au lieu de l’eau ?
On cherche un métal sur lequel le surpotentiel anodique de l’eau est grand :
Quelle est la méthode pour déterminer la réaction qui se fait lors d’une électrolyse ?
Méthode :
- lister les différents oxydants et les différents réducteur
- calculer les E
- placer avec E + η
Déterminer la réaction d’électrolyse et tracer l’allure du diagramme associé
(On néglige la réaction du Titane car il est très noble)
Si on nous donne un courant d’électrolyse et une durée pendant laquelle on l’a appliqué, comment en déduire les grandeurs classiques qu’on étudie ?
Si on donne i et Δt, on connait q, donc le nombre d’électrons qui ont circulés, donc le nombre de moles de produits. De la on peut déduire des quantités de matière, des masses, des volumes etc
Qu’appelle-t-on la corrosion ?
C’est la phénomène d’oxydation des métaux (et/ou alliages) par leur environnement
Généralement, la corrosion est nuisible
Quelles sont les deux types de corrosion ?
- Corrosion sèche
- Corrosion humide
Qu’appelle-t-on corrosion sèche ?
C’est la corrosion par action d’un gaz
Qu’appelle-t-on corrosion humide ?
C’est l’oxydation par action d’une solution
Faire un schéma de la corrosion humide
Quelles sont les réactions de corrosion qui peuvent s’effectuer aux zones anodiques ? cathodiques ?
Quels sont les différents types de domaines de corrosion sur les diagramme E-pH ?
Qu’appelle-t-on la passivation ?
C’est la formation d’une couche d’oxyde solide protectrice à la surface du métal
À quelle condition la passivation est-elle efficace ?
Couche d’oxyde :
- adhérente à la surface (pas friable)
- imperméable au milieu oxydant
Placer les domaines de corrosion, d’immunité et de passivité
Quelles sont les deux possibilités cinétiques vis-à-vis de la corrosion ?
Les métaux sont-ils plus sensibles à la corrosion en milieu acide ou basique ?
Justif
Ils sont donc plus sensibles à la corrosion en milieu acide
Quelle réaction peut alors être considérée ?
Comment détermine-t-on l’intensité à laquelle se fait cette réaction ?
Justif
Qu’appelle-t-on une corrosion galvanique ?
C’est la corrosion qui s’effectue entre deux métaux
Commenter
Le zinc est plus réducteur que le fer
Que se passe-t-il pour le fer seul ? pour le zinc seul ? pour les deux ensemble ?
Quel métal utilise-t-on beaucoup dans la lutte contre la corrosion ?
Pourquoi ?
Le zinc est très utilisé dans la lutte contre la corrosion car :
- il s’oxyde en se passivant donc ce n’esr pas gênant, justement c’est bien (corrosion sèche)
- il sert d’anode sacrificielle avec le Fe (alliage acier) (corrosion humide)
Quelles sont les deux techniques de protection contre la corrosion humide ?
Quels sont les deux moyens de procéder au revêtement par un autre métal pour protéger de la corrosion ?
À quoi faut-il faire attention ?
Selon le type de protection par revêtement, que peut-il se passer en cas de rayure ?
Justif
