Électrolyse à l'aide d'une pile

➜ Réaliser une électrolyse de l’eau chez soi et identifier l’état des produits formés.

A

Fabrication

Transformer de l'eau en dihydrogène à la maison, c'est possible ! Cette petite molécule $\text{H}2$ est à la base des carburants des fusées.
Une électrolyse est une technique permettant de réaliser des réactions d’oxydoréduction en utilisant la circulation d’électrons activée par un circuit électrique extérieur.
Pour réaliser une électrolyse de manière simple, on utilise une pile plate débitant un courant continu de 9 V. L’énergie électrique produite par la pile permet d’alimenter deux électrodes constituées par des pièces métalliques.

Protocole de fabrication de l’électrolyseur

• Percer le récipient en plastique à l’aide des deux punaises. La distance entre les deux punaises doit correspondre à celle entre les bornes de la pile.
• Ajouter de l’eau pour immerger les pointes des punaises.
• Ajouter du bicarbonate de soude dans le récipient et agiter légèrement pour favoriser la dissolution.
• Relever le récipient en plastique et placer les deux punaises de façon à les connecter aux bornes.
• Observer attentivement les pointes métalliques des deux punaises.

■ Piles plates

B

Exploitation

Une réaction d’oxydoréduction fait intervenir deux couples d’oxydoréduction. L’oxydant du premier couple réagit avec le réducteur de l’autre couple, formant ainsi les espèces associées :

$\text{Ox}_1 + \text{Red}_2 \rightarrow \text{Ox}_2 + \text{Red}_1$
Cette réaction fait intervenir un échange d’électrons entre les espèces. À l’aide des demi-équations associées à chaque couple, on peut ainsi écrire :

$\text{Ox}_1 + n \ \text{e}^- \rightarrow \text{Red}_1$
$\text{Red}_2 \rightarrow \text{Ox}_2 + n \ \text{e}^-$
Ces électrons, lors d’une électrolyse, sont produits et consommés aux électrodes, ce qui permet le passage d’un courant dans le circuit électrique extérieur.

1. D’après les couples d’oxydoréduction fournis, écrire les demi-équations aux électrodes.


2. Écrire l’équation-bilan de la réaction ayant lieu lors de l’électrolyse.


3. En déduire le nombre d’électrons échangés pour une molécule d’eau $\text{H}_2\text{O}(\text{l})$ consommée.


4. Comparer l’équation-bilan écrite, la quantité et la taille des bulles. En déduire la nature du gaz produit sur chaque électrode.

■ Sel de cuisine

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