Chapitre 6: L'ELECTROLYSE ET LA SYNTHESE DE L'EAU - Physique-Chimie Troisième | DigiClass
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L'ELECTROLYSE ET LA SYNTHESE DE L'EAU

I.  L'ELECTROLYSE DE L'EAU

A.  Expérience

À la fermeture du circuit on constate ce qui suit :

  • lorsque la cuve ne contient que de l’eau pure, l’ampèremètre ne dévie pas : aucun courant ne circule dans le circuit car l’eau pure ne conduit pas le courant électrique ;
  • lorsqu’on met quelques gouttes de solutions de soude dans l’eau pure contenue dans la cuve, on constate que l’ampèremètre dévie : du courant circule dans le circuit et on observe des bulles gazeuses aux électrodes.

B.  Identification des gaz

$\textbf{À la cathode}$ 

Le gaz obtenu est incolore et s’enflamme en émettant un bruit caractéristique, on dit qu’il aboie, il brûle avec une flamme pâle : c’est $\textbf{le dihydrogène de formule}$ $H_{2}$.

$\textbf{À l’anode}$

Le gaz obtenu est incolore et rallume une buchette ne présentant qu’un point incandescent, c’est $\textbf{le dioxygène de formule}$ $O_{2}$.

On peut écrire que l’eau en se décomposant donne du dihydrogène et du dioxygène :

$\textbf{Eau}$          $\rightarrow$          $\textbf{dihydrogène}$  +  $\textbf{dioxygène}$

C.  Équation bilan de la réaction

Une molécule d’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène H et un atome d’oxygène.

L’équation-bilan de l’électrolyse de l’eau

$2H_{2}O$      $\rightarrow$      $2H_{2}$  +  $O_{2}$

D.  Proportion en volume des produits de la réaction

Au cours de l’électrolyse de l’eau, le volume de dihydrogène formé est le double de celui du dioxygène soit : $V_{H_{2}} = 2 V_{O_{2}}$

$\textbf{Remarque}$

  • La soude apporte à l’eau les ions nécessaire au passage du courant
  • L’électrolyse de l’eau consomme de l’énergie

E.  Définition

On appelle électrolyse de l’eau, la décomposition de l’eau en ses différents éléments constitutifs (Dihydrogène et dioxygène) par le courant électrique.

II.  LA SYNTHESE DE L'EAU

A.  Expérience

On mélange dans un eudiomètre $\textbf{deux volumes de dihydrogène}$ et $\textbf{un volume de dioxygène}$ puis on enflamme le mélange gazeux.

On obtient une $\textbf{explosion violente}$ et de $\textbf{fines gouttelettes d’eau}$ (pure) à l’intérieur de l’eudiomètre.

B.  Interpretation

Il y a eu combustion rapide du dihydrogène ce qui s’est traduit par l’explosion. Cette combustion dégage de la chaleur, on parle de $\textbf{combustion exothermique}$. Du dihydrogène et du dioxygène disparaissent tandis qu’il se forme de l’eau.

On peut écrire :        $\textbf{dihydrogène  +  dioxygène}$          $\rightarrow$          $\textbf{eau}$

C.  Équation bilan de la réaction

L’équation bilan de la synthèse de l’eau s’écrit :  $2H_{2} + O_{2}$     $\rightarrow$    $2H_{2}O$

D.  Définition

La synthèse de l’eau est la reconstitution de l’eau à partir  du dihydrogène et du dioxygène.

$\textbf{Méthode pratique : Comment déterminer le volume du gaz restant après la synthèse de l’eau ?}$

On mélange un volume $V_{H_{2}}$ de dihydrogène et un volume $V_{O_{2}}$ de dioxygène pour réaliser la synthèse de l’eau.

III.  EXERCICES D’APPLICATION

$\textbf{Questions de cours}$

  1. Définir : Électrolyse de l’eau ; la synthèse de l’eau ;
  2. L’eau pure ne conduit pas le courant. Pourquoi ? Que faut-il ajouter à l’eau pure afin de réaliser son électrolyse ?
  3. Comment peut-on réaliser la synthèse de l’eau ? quels sont les volumes des gaz qui doivent être mis en présence pour n’obtenir que de l’eau à la fin de l’expérience ?
  4. Faire un schéma expérimental pour faire l’électrolyse de l’eau. Mettre un ampèremètre pour mesurer l’intensité du courant électrique traversant l’eau et un voltmètre pour mesurer la tension électrique aux bornes des électrodes.

$\textbf{Exercice 1}$ : On mélange $4cm^{3}$ de dihydrogène avec $2cm^{3}$ d’air sec dans une éprouvette. On approche une flamme. Après explosion, quels gaz restent dans l’éprouvette.

$\textbf{Exercice 2}$ : Un eudiomètre contient un mélange de $35cm^{3}$ d’hydrogène et $12cm^{3}$ d’oxygène. On fait éclater une étincelle électrique dans ce mélange.

  1. Qu’obtient-on ? Justifier
  2. Donner la nature et le volume du gaz qui reste en excès après l’explosion.

$\textbf{Exercice 3}$ : Lors de l’électrolyse de l’eau l’on recouvre les deux électrodes avec une seule éprouvette. Au passage du courant on recueille $30cm^{3}$3 de gaz.

  1. Écrire l’équation bilan de la composition de l’eau.
  2. Trouver les volumes de dihydrogène et de dioxygène contenus dans l’éprouvette.

$\textbf{Exercice 4}$ : Lors de l’électrolyse de l’eau, il se dégage 24l de dihydrogène pour 18g d’eau décomposée.

  1. Écrire l’équation bilan.
  2. Quel est le volume et la nature du gaz dégagé à chaque électrode si 0,37g d’eau ont été décomposés ?