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Électrolyse de l’eau
P.198

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ACTIVITÉ D'EXPLORATION


1
Électrolyse de l’eau





Le dihydrogène H2(g)\text{H}_2(\text{g}) et le dioxygène O2(g)\text{O}_2(\text{g}) sont des gaz utilisés dans les piles à combustible, développées pour produire des voitures moins polluantes.

➜ Comment produire du dihydrogène à partir d’eau ?


Objectif

Citer des exemples de dispositifs de conversion ou de stockage d’énergie chimique.


Doc. 1
Production de dihydrogène

C’est à William Nicholson, chimiste britannique du XVIIIe siècle, qu’est attribuée la paternité de l’électrolyse de l’eau […]. Après avoir lu les travaux de Volta sur les batteries électriques, il en construisit une lui‑même et découvrit qu’en immergeant les extrémités des conducteurs électriques dans l’eau, cette dernière était décomposée en deux gaz, H2(g)\text{H}_2(\text{g}) et O2(g)\text{O}_2(\text{g}). Avec cette découverte, Nicholson devint le premier […] à effectuer une réaction chimique à l’aide de l’électricité.

L’eau ne se décompose pas spontanément en H2(g)\text{H}_2(\text{g}) et en O2(g)\text{O}_2(\text{g}). Il faut lui fournir de l’énergie, ainsi l’électrolyse est une réaction électrochimique « forcée », qui se fait dans un appareil appelé électrolyseur connecté à un générateur électrique.

Une cellule d’électrolyse est constituée par l’immersion de deux plaques métalliques appelées électrodes dans une solution électrolytique. Dans le cas de l’électrolyse, cette solution peut être une solution d’acide sulfurique (2 H+(aq);SO42(aq))(2\ \text{H}^+(\text{aq}) ; \text{SO}_4^{2-}(\text{aq})), car l’eau pure ne conduit pas le courant.

D’après Pierre Millet, Découverte n° 343, 2006.

Doc. 2
Prototype de voiture à hydrogène

Prototype de voiture à hydrogène

Doc. 3
Schéma de l’électrolyse de l’eau

Schéma de l’électrolyse de l’eau

Supplément numérique

Découvrez le fonctionnement d'un électrolyseur et d'une pile à combustible en cliquant ici.

Données

  • Couples d’oxydoréduction : H+(aq)/H2(g)\text{H}^+(\text{aq})/\text{H}_2(\text{g}) et O2(g)/H2O\text{O}_2(\text{g})/\text{H}_2\text{O}

Compétences

APP : Extraire l'information utile

RAI/MOD : Modéliser une transformation

APP : Formuler des hypothèses

Questions

1. Déterminer les deux demi‑équations mises en jeu lors de l’électrolyse de l’eau (réactions aux électrodes) et en déduire l’équation globale de la réaction observée.


2. D’après le sens de branchement du générateur, déterminer et indiquer sur un schéma :
    a. le sens de déplacement des électrons dans les fils et les électrodes.
    b. les réactions chimiques ayant lieu aux électrodes.
    c. le nom du gaz contenu dans chaque tube renversé sur les électrodes.

Couleurs
Formes
Dessinez ici

3. Préciser le type de réaction (oxydation ou réduction) ayant lieu aux électrodes.


4. Expliquer pourquoi le volume du gaz 2 est deux fois plus élevé que celui du gaz 1.
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Synthèse de l'activité

Préciser le rôle du générateur dans le cadre d'une électrolyse.
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