Courbes Courant-Potentiel Et Applications

Question 1

Pourquoi une étude cinétique est-elle nécessaire en plus de l’étude thermodynamique ?

Answer 1

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

Question 2

Qu’appelle-t-on une réaction électrochimique ?

Answer 2

C’est un échange d’électrons à la surface d’un conducteur

Question 3

Comment définir l’oxydation et la réduction par rapport aux électrons ?

Answer 3

Question 4

Qu’appelle-t-on vitesse de réduction et vitesse d’oxydation ?

Answer 4

Question 5

On étudie un courant i algébrique entre l’électrode et la solution, quelle est la convention quant au signe de i ?

Answer 5

Question 6

Comment savoir si on fait une oxydation ou une réduction selon le signe de i ?
Justif

Answer 6

Question 7

Exprimer i comme une dérivée

Answer 7

Question 8

Qu’a-t-on de particulier entre i et la vitesse de réduction ?
Justif

Answer 8

Ils sont proportionnels et de signes opposés

Question 9

En quoi est-ce cohérent que i et la vitesse de réduction soient proportionnels et de signes opposés ?

Answer 9

Question 10

Quels sont les facteurs cinétiques électrochimiques ?

Answer 10

Question 11

Quel est l’objectif de ce chapitre ?

Answer 11

L’objectif est de déterminer la courbe courant-potentiel, c’est-à-dire i = f(e)

Question 12

Qu’appelle-t-on une électrode de référence ?

Answer 12

C’est une électrode dont le potentiel est :

• fixe
• à température donnée
• sans courant électrique (résistance interne infinie du voltmètre)

Question 13

Comment s’appelle le montage qui permet de tracer i(e) ? Quel est-il ?

Answer 13

• générateur
• voltmètre : électrode de travail / électrode de référence
• ampèremètre : circuit fermé électrode de travail / contre-électrode

Question 14

À quoi sert la contre-électrode dans un montage à trois électrodes ?

Answer 14

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

Question 15

Qu’appelle-t-on système électrochimique ?

Answer 15

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)

Question 16

Que peut-on toujours dire à priori sur la forme d’un diagramme intensité-potentiel ?

Answer 16

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

Question 17

Définir un système électrochimique rapide et un système électrochimique lent

Answer 17

Question 18

Quelle condition qualitative faut-il vérifier pour avoir i≠0 pour un système électrochimique lent ?

Answer 18

Pour un système électrochimique lent, il faut s’écarter de E(ox/red) avant d’avoir i≠0

Question 19

Tracer le diagramme intensité-potentiel d’un système rapide au voisinage de E(ox/red)

Answer 19

Ox à gauche car les oxydants ont un plus grand potentiel

Question 20

Tracer le diagramme intensité-potentiel d’un système lent au voisinage de E(ox/red)

Answer 20

Question 21

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 ?

Answer 21

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

Question 22

Quels sont les éléments fondamentaux d’un diagramme courant-potentiel d’une réaction lente et pourquoi ?

Answer 22

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

Question 23

Expliquer ce qu’est le courant limite de diffusion et pourquoi on l’observe expérimentalement

Answer 23

• 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

Question 24

Tracer le diagramme intensité-potentiel d’un système lent

Answer 24

Question 25

À quoi est proportionnel le courant limite de diffusion ? Justif

Answer 25

- S car Fick donne surfacique - D et autre car Fick

Question 26

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

Answer 26

Question 27

Qu’est-ce que le cas particulier du solvant dans le tracé des diagrammes courant-potentiel ? Justif

Answer 27

Question 28

Rappeler les deux couples de l’eau ainsi que leurs potentiels standards

Answer 28

Question 29

Tracer le diagramme courant-potentiel de l’eau sur une électrode quelconque

Answer 29

Question 30

Quelle est la conséquence expérimentale de l’apparition d’un mur de potentiel ?

Answer 30

Les réactions qui auraient lieu à des potentiels derrière les murs du solvant ne sont plus accessibles expérimentalement

Question 31

Que peut-on dire de manière générale sur la cinétique de réaction des couples rédox de l’eau ?

Answer 31

Question 32

Quelle est l’intensité que l’on mesure si plusieurs réactions se déroulent à la surface d’une électrode ?

Answer 32

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

Question 33

Faire le tracé global

Answer 33

Attention

Question 34

Justifier l’existence du point de fonctionnement

Answer 34

Il existe un unique potentiel auquel on vérifie cette condition

Question 35

Tracer le diagramme courant-intensité si E1 > E2 et i ≠ 0

Answer 35

Question 36

Tracer le diagramme courant-potentiel si E1 > E2 et i ≈ 0

Answer 36

Question 37

Tracer le diagramme courant-intensité si E1 > E2 et i = 0

Answer 37

Question 38

Tracer le diagramme courant-intensité si E1 < E2

Answer 38

Question 39

Qu’appelle-t-on la cémentation ?

Answer 39

C’est l’action d’un métal sur un cation métallique : la réduction d’un cation métallique par un autre métal

Question 40

Qu’appelle-t-on un métal noble ?

Answer 40

C’est un métal dont le potentiel standard est supérieur à 0 : il ne s’oxyde pas au contact des H+

Question 41

Quelle est la réaction qui peut se produire ? Justif

Answer 41

- Oxydants : _Ag+_, Cu²⁺ - Réducteurs : Ag, _Cu_

Question 42

Tracer le diagramme courant-potentiel

Answer 42

Question 43

Comment évolue le diagramme si la réaction entre Cu et Ag+ avance ? Commenter

Answer 43

Question 44

Quelle réaction s’effectue ? Justifier

Answer 44

Lorsqu’on a une électrode en milieu acide, toujours penser à son oxydation

Question 45

Il ne se passe rien, commenter

Answer 45

Question 46

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 ?

Answer 46

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)

Question 47

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

Answer 47

En fait on a toujours la courbe à gauche, qui correspond à une réduction des H+ sur le Pb, mais qui est toujours impossible. On a cependant un nouvel endroit où cela peut se faire : on peut effectuer la réduction des H+ à la surface du Pt (système rapide), ce qui coïncide avec une oxydation du Pb

Question 48

Expliquer la circulation des porteurs de charge

Answer 48

Question 49

Quel est la principe de fonctionnement de l’électrolyse ? À quoi faut-il faire attention ?

Answer 49

Une cellule électrochimique (deux demi-piles reliées par une jonction électrolytique) en fonctionnement forcé (il faut un générateur…)

Question 50

Pourquoi fait-on parfois électrolyse à un compartiment ?

Answer 50

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

Question 51

Faire le schéma de l’électrolyse à un compartiment

Answer 51

Question 52

Que peut-on dire de la réaction qui s’effectue dans l’électrolyseur ?

Answer 52

Dans un électrolyseur, la réaction est non spontanée

Question 53

Que donne la règle du gamma dans un électrolyseur ?

Answer 53

Question 54

Quelles sont les différentes espèces à considérer pour une électrolyse et quels sont leurs rôles ?

Answer 54

Question 55

Quelle est la première chose à faire si on étudie une électrolyse ?

Answer 55

Il faut faire des listes : - oxydations envisageables : eau + tous les réducteurs (métal compris) - réduction envisageables : eau + tous les oxydants

Question 56

Du point de vue thermodynamique, quelle est la réaction qui se produit lors d’une électrolyse ?

Answer 56

Question 57

Quel est le lien entre la règle du γ et les diagramme i/e ?

Answer 57

Question 58

Qu’appelle-t-on la tension seuil de l’électrolyse ?

Answer 58

C’est donc la tension qu’il faut fournir pour pouvoir faire l’électrolyse (avoir i≠0)

Question 59

On remarque en pratique que la tension à appliquer pour pouvoir faire l’électrolyse est supérieure à la tension seuil. Commenter

Answer 59

Question 60

Comment déterminer la tension à appliquer pour faire une électrolyse à i = 2A ?

Answer 60

On regarde i = 2A et i = -2A et on fait la différence des deux potentiels pour lesquels c’est vérifié

Question 61

Lorsque plusieurs oxydations et/ou plusieurs réductions sont possibles, quelle est la tension seuil ?

Answer 61

Question 62

Comment faire si on veut faire réagir 1 au lieu de l’eau ?

Answer 62

On cherche un métal sur lequel le surpotentiel anodique de l’eau est grand :

Question 63

Quelle est la méthode pour déterminer la réaction qui se fait lors d’une électrolyse ?

Answer 63

Méthode : - lister les différents oxydants et les différents réducteur - calculer les E - placer avec E + η

Question 64

Déterminer la réaction d’électrolyse et tracer l’allure du diagramme associé (On néglige la réaction du Titane car il est très noble)

Answer 64

Question 65

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 ?

Answer 65

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

Question 66

Qu’appelle-t-on la corrosion ?

Answer 66

C’est la phénomène d’oxydation des métaux (et/ou alliages) par leur environnement

Answer 67

Généralement, la corrosion est nuisible

Question 68

Quelles sont les deux types de corrosion ?

Answer 68

- Corrosion sèche - Corrosion humide

Question 69

Qu’appelle-t-on corrosion sèche ?

Answer 69

C’est la corrosion par action d’un gaz

Question 70

Qu’appelle-t-on corrosion humide ?

Answer 70

C’est l’oxydation par action d’une solution

Question 71

Faire un schéma de la corrosion humide

Answer 71

Question 72

Quelles sont les réactions de corrosion qui peuvent s’effectuer aux zones anodiques ? cathodiques ?

Answer 72

Question 73

Quels sont les différents types de domaines de corrosion sur les diagramme E-pH ?

Answer 73

(Immunité : on a la métal en question solide, il est donc stable | Passivation : on a un solide formé avec le métal, souvent un oxyde ou un hydroxyde, ce qui montre qu’il y a passivation)

Question 74

Qu’appelle-t-on la passivation ?

Answer 74

C’est la formation d’une couche d’oxyde solide protectrice à la surface du métal

Question 75

À quelle condition la passivation est-elle efficace ?

Answer 75

Couche d’oxyde : - adhérente à la surface (pas friable) - imperméable au milieu oxydant

Question 76

Placer les domaines de corrosion, d’immunité et de passivité

Answer 76

Question 77

Quelles sont les deux possibilités cinétiques vis-à-vis de la corrosion ?

Answer 77

Question 78

Les métaux sont-ils plus sensibles à la corrosion en milieu acide ou basique ? Justif

Answer 78

Ils sont donc plus sensibles à la corrosion en milieu acide

Question 79

Quelle réaction peut alors être considérée ? Comment détermine-t-on l’intensité à laquelle se fait cette réaction ? Justif

Answer 79

Question 80

Qu’appelle-t-on une corrosion galvanique ?

Answer 80

C’est la corrosion qui s’effectue entre deux métaux

Question 81

Commenter

Answer 81

Le zinc est plus réducteur que le fer

Question 82

Que se passe-t-il pour le fer seul ? pour le zinc seul ? pour les deux ensemble ?

Answer 82

Question 83

Quel métal utilise-t-on beaucoup dans la lutte contre la corrosion ? Pourquoi ?

Answer 83

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)

Question 84

Quelles sont les deux techniques de protection contre la corrosion humide ?

Answer 84

Question 85

Quels sont les deux moyens de procéder au revêtement par un autre métal pour protéger de la corrosion ? À quoi faut-il faire attention ?

Answer 85

Question 86

Selon le type de protection par revêtement, que peut-il se passer en cas de rayure ? Justif

Answer 86