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L'ELECTROLYSE ET LA SYNTHESE DE L'EAU

I.  L'ELECTROLYSE DE L'EAU

A.  Expérience

On met dans un electrolyseur, cuve dont le fond est traversé par deux electrodes métalliques (appelée aussi voltamètre) de l'eau pure. Les electrodes sont reliés à un générateur.
Au dessus des deux électrodes, on met deux éprouvettes préalablement remplies d'eau.





SCHEMA DU MONTAGE POUR L'ELECTROLYSE

B.  OBSERVATION

La lampe témoin ne s'allume pas et rien ne se produit au niveau des électrodes lorsque dans l'electrolyseur on a uniquement de l'eau pure.On peut conclure que l'eau pure ne conduit pas le courant .On ajoute à l'eau pure de la soude ($NaOH$) . On s'apercoit alors que la lampe témoin s'allume tandis que des bulles de gaz apparaissent sur les deux électrodes.
A chaque instant le volume gazeux recueillis à la  cathode est le double du volume gazeux recueilli à l'anode.

REMARQUE:
On constate que l'eau additionnée de soude conduit le courant électrique.Cela est due aux ions $Na^{+}$ et aux ions $OH^{-}$.Le courant passe dans les électrolytes grâce aux ions.

C.  Indication des gaz recueillis

-Le gaz incolore obtenue à la cathode s'enflamme en émettant un bruit caractéristique et brûle avec une flamme pâle : Il s'agit du dihydrogène
-Le gaz incolore obtenue à l'anode rallume une buchette ne presentant qu'un point incandescent.Il s'agit du dioxygène.

D.  Interpretation

Le passage du courant électrique dans l'eau additionnée de soude décompose l'eau en produisant du dihydrogène et du dioxygène: On dit qu'on a réalisé l'électrolyse de l'eau.


Remarque:

On montre que la quantité de la soude introduite reste inchangée à la fin de l'expérience.Le rôle de la soude est d'apporter à l'eau les ions nécessaires au passage du courant électrique

E.  Conclusion

Au cours de l'électrolyse, de l'eau disparait tandis que du dihydrogène et du dioxygène se forment : L'électrolyse de l'eau est donc une réaction chimique

F.  Equation bilan de la réaction

2H2O   ------------------->  2H2 + O2

VH2 = 2VO2

VH2= Volume du dihydrogène recueilli
VO2= Volume du dioxygène recueilli

II.  LA SYNTHESE DE L'EAU

La décomposition de l’eau donne comme produits du dihydrogène et du dioxygène .Réalisons maintenant la réaction inverse.

A.  Expérience

Remplissons une éprouvette, d’un mélange ,bien sec constitué par deux volumes d’hydrogène pour un volume d’oxygène. En approchant l’ouverture de l’éprouvette à une flamme une  explosion se produit donnant de fines gouttelettes d’eau sur la paroi intérieure de l’éprouvette.

B.  Interpretation

L’explosion est une combustion rapide du dihydrogène au cours de laquelle le dihydrogène et le dioxygène disparaissent pour donner de l’eau .Cette opération s’appelle la synthèse de l’eau .

Remarque :
Comme il apparaît de l’eau à la fin de la réaction ,l’eau n’est donc constituée que des seuls atomes d’oxygène et d’hydrogène. 

C.  Conclusion

-La synthèse de l’eau est une réaction chimique au cours de laquelle du dihydrogène et du dioxygène disparaissent tandis que de l’eau se forme ;
- La synthèse de l’eau est une réaction exothermique ;
-l’équation bilan de cette réaction s’écrit : 2H2 + O2 ----------------> 2H2O ;
Pour former deux molécules d’eau , il faut utiliser deux molécules de dihydrogène et une molécule de dioxygène.

Remarque :

-Lors de l’électrolyse de l’eau , l’énergie électrique fournie par le générateur permet de casser les molécules d’eau ;
-Lors de la synthèse de l’eau ,de l’énergie est dégagée sous forme de chaleur ;
-La synthèse de l’eau fait toujours disparaitre deux volumes d’hydrogène pour un volume d’oxygène.

Formules à retenir

$VH_{2} = 2V_{O_{2}}$
$V-{O_{2}} = \frac{1}{2}V_{H_2}$
$V_{O_{2} }= \frac{1}{3}V_m$
$V_{H_{2}}= \frac{2}{3}V_m$