Objectifs : Relier la durée, l'intensité du courant et les quantités de matière de produits formés.
Déterminer les variations de quantités de matière.

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Problématique de l'activité

L'acier est un mélange de différents métaux, dont le fer, qui réagit facilement avec le dioxygène présent dans l'eau et l'air. Pourtant, beaucoup de pièces en acier composent l'équipement des bateaux.

Comment protéger le fer de la corrosion grâce au zinc ?

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Doc. 1
Principe de l'électrozingage

Par électrolyse, une fine couche de zinc est formée sur la pièce à protéger en acier. Le fer contenu dans l'acier ne subit pas de transformation lors de l'électrozingage. L'électrolyte est constitué d'une solution aqueuse de chlorure de zinc.

Lors de l'électrolyse, la charge électrique est liée à la quantité d'électrons échangés Q = I \cdot \Delta t = n_\text{e} \cdot F

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Doc. 2
Matériel nécessaire

Générateur réglable
Bécher haut
Plaque de zinc
Plaque de fer
Fils et pinces crocodiles
Agitateur magnétique et turbulent
Chronomètre
Balance de précision au centième de gramme
Solution de chlorure de zinc et solution de chlorure d'ammonium
Sèche-cheveux
Ampèremètre

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Doc. 3
Protocole

Décaper la plaque de fer à l'aide d'une paille de fer.
Peser précisément les deux plaques.
Réaliser le montage d'électrolyse.
Régler l'intensité I du courant à une valeur comprise entre \text{0,30} et \text{0,40} A.
Réaliser l'électrolyse pendant \Delta t = 20 min exactement en maintenant le courant constant et en agitant constamment.
Au bout de 20 min, arrêter l'électrolyse.
Observer la plaque de fer, la sécher et la peser.
Sécher et peser la plaque de zinc.

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Données

Couples d'oxydoréduction : \text{Fe}^{2+}(\text{aq})/\text{Fe(s)} et \text{Zn}^{2+}(\text{aq})/\text{Zn(s)}
Caractéristiques du zinc : M(\text{Zn}) = 65{,}4 g·mol^‑1 et \rho = 7{,}1 g·cm^‑3
Constante de Faraday : F = 96\ 500 C·mol^‑1

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Questions

Compétence(s)

REA : Mettre en œuvre un protocole
APP : Faire un brouillon comprenant schéma, données et notions
VAL : Exploiter un ensemble de mesures

1. Avant de réaliser l'expérience, écrire les demi‑équations des deux couples d'oxydoréduction mis en jeu.

2. Préciser dans quel sens se produisent les réactions aux électrodes.

3. En déduire quel métal joue le rôle d'anode dans cette électrolyse.

4. Après avoir réalisé l'expérience, compléter le schéma avec les réactions aux électrodes. Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

5. Déterminer la variation de masse des électrodes à partir des pesées.

6. Calculer la valeur théorique de la variation de masse précédente. Commenter.

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Synthèse de l'activité

On parle ici d'anode sacrificielle pour qualifier le zinc. Proposer une explication.

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Physique-Chimie Terminale Spécialité

Protection de l'acier

Doc. 1Principe de l'électrozingage

Doc. 2Matériel nécessaire

Doc. 3Protocole

Données

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