Affinage du cuivre dans l’industrie
✔ VAL : Faire preuve d’esprit critique
✔ VAL : Utiliser et interpréter des documents
La source la plus courante de minerai de cuivre est la chalcopyrite qui, par traitement, donne un métal contenant près de 99,0 % de cuivre et des traces de fer, de nickel, mais aussi d’argent.
Afin d’augmenter la teneur en cuivre jusqu’à 99,9 %, une électrolyse à anode soluble peut être effectuée en utilisant comme électrolyte une solution de sulfate de cuivre (Cu2+(aq);SO42−(aq)) acidifiée. L’anode est constituée du métal impur qui se transforme en ion cuivre Cu2+(aq) et la cathode d’une plaque fine de cuivre pur sur laquelle vient se déposer une couche supplémentaire de cuivre métallique. Les impuretés tombent au fond de l’électrolyseur : on les appelle des boues.
Dans une usine spécialisée, l’électrolyse s’effectue dans une très grande cuve contenant 24 anodes de cuivre impur reliées en série entre elles, 23 cathodes de cuivre pur elles-mêmes en série et un courant d’intensité
5 000 A est produit durant 14 jours non-stop.
Le rendement d’une telle électrolyse est d’environ 83 %, c’est-à-dire que la masse de cuivre pur obtenue ne représente que 83 % de la masse prévue par la théorie.
1. Schématiser une électrolyse simplifiée en ne représentant qu’une anode et une cathode, les bornes du générateur, le sens de déplacement des électrons et des ions et le nom des électrodes.
2. Écrire les demi-équations aux électrodes.
3. Justifier l'emploi des termes « anode soluble ».
4. Préciser comment évolue la concentration en ion
Cu2+(aq) de l’électrolyte.
5. Calculer la charge électrique circulant dans cette cuve lors d’une électrolyse complète.
6. En déduire la masse de cuivre pouvant
théoriquement être obtenue.
7. Calculer la masse de cuivre réelle. Proposer une explication à cette différence.
- Masse molaire du cuivre : M(Cu)=63,5 g·mol-1
- Constante de Faraday : F=9,65×104
C·mol-1