10

Cuivrage d’un objet par électrolyse

Doc. 1

Protocole de dépôt de cuivre

Le cuivrage consiste à effectuer une électrodéposition de cuivre métallique $\text{Cu(s)}$ à la surface d’un objet grâce au passage d’un courant électrique dans une solution dans laquelle l’objet est immergé.

L’objet à recouvrir de cuivre est relié à la borne négative du générateur électrique de courant continu. À la borne positive du générateur est connectée une électrode de cuivre. Un ampèremètre est intégré au circuit pour mesurer l’intensité du courant délivré par le générateur.

Les deux électrodes sont placées dans un bécher contenant une solution composée entre autres d’ions cuivre (II) ${\text{Cu}}^{2+}\text{(aq)}$. Plus la concentration en ion est élevée, plus le dépôt est efficace. Il faut agiter en permanence pour assurer l’homogénéité de la solution.

Lorsque le courant électrique circule, un dépôt de cuivre métallique $\text{Cu(s)}$ se forme à la surface de l’objet selon la demi-équation : ${\mathrm{C}\mathrm{u}}^{2+}(\mathrm{a}\mathrm{q})+2{\mathrm{e}}^{-}\to \mathrm{C}\mathrm{u}(\mathrm{s})$.

Doc. 2

Pièce de 2 centimes

Doc. 3

Détermination de la masse de métal déposé

L’efficacité de l’électrodéposition est vérifiée par comparaison de la masse $m$ de métal réellement déposée et de la masse théorique $m_{\text{th}}$ attendue.

Pour un dépôt de cuivre $\text{Cu(s)}$, cette masse théorique $m_{\text{th}}$ a pour expression :

$m_{\mathrm{t}\mathrm{h}}=\frac{I\cdot \Delta t\cdot M(\mathrm{C}\mathrm{u})}{2F}$

• Constante de Faraday : $F=96500$ C·mol^-1
• Masse molaire du cuivre : $M\text{(Cu)}=63,5$ g·mol^-1

1

Schématisation de l’expérience à réaliser (15 minutes conseillées)

1. Schématiser le montage permettant de déposer du cuivre métallique sur une électrode de graphite et le légender. Décrire brièvement le déroulement de l’expérience.

2

Mise en œuvre du protocole (25 minutes conseillées)

2. Réaliser le montage à l’aide du matériel à disposition sans déclencher le générateur.



3. Après vérification du professeur, réaliser le cuivrage durant $\Delta t=10$ min , l’intensité $I$ devant être proche de $1,0$ A.

4. Noter les valeurs précises de $I$ et $\Delta t$ à la fin de l'expérience. En attendant, répondre aux questions suivantes.

5. Proposer un protocole pour déterminer la masse de cuivre déposée sur la tige de graphite.

3

Masse de cuivre déposée (20 minutes conseillées)

6. Déterminer les incertitudes $u(\Delta t)$ et $u(I)$ en considérant qu'elles correspondent à la résolution de leur appareil de mesure respectif.


7. Calculer la masse théorique de cuivre déposée ainsi que l’incertitude sur cette masse $u(m_{\text{th}})$ sachant que :




8. Mesurer la masse de cuivre réellement déposée et l’incertitude sur cette mesure.


9. Comparer les masses théorique et réelle. Citer deux sources d’erreur expérimentale expliquant la différence entre ces deux valeurs.