Réaction entre NaHCO3 + Cu

[Loulou2748]

Bonjour,

moi j'ai réalisé un montage de plusieurs piles délivrant 6V que j'ai relié à deux barres en cuivre. Je les ai plongées dans un mélange d'eau déminéralisée et de bicarbonate de soude. Sur une des barres en cuivres il y dégagement d'un gaz, sur l'autre il y formation d'un dépôt bleu, la couleur cuivre a disparu. Dans la solution il y a aussi formation d'un dépôt bleu, sans aucun doute des ions cuivre II. J'aimerais savoir les réactions qui se produisent entre le cuivre et le bicarbonate de soude. Savoir ce qu'il se passe au niveau de l'anode et de la cathode. Les réactions chimiques qui rentrent en jeu et les transferts d'électrons.

Merci de votre réponse.

P.S : Voici une photo de la réaction


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[moco]

Bonsoir,
D'abord, disons que le cuivre et le bicarbonate ne réagissent pas l'un sur l'autre.
Si on fait une électrolyse d'une solution de bicarbonate avec des électrodes en cuivre, comme il semble que ce soit ce qu'a réalisé Loulou, on produit à la cathode la réaction :

2 H₂O + 2 e^- --> H₂ + 2 OH^-

Il se dégage du gaz Hydrogène H₂. Mais la solution devient plus basique, à cause de la présence des ions OH-. Mais les ions OH^-, sitôt formés, réagissent avec le bicarbonate selon :

OH^- + HCO₃^- --> CO₃^2- + H₂O

A l'autre électrode, on assiste à deux réactions simultanées :
Cu --> Cu²⁺ + 2 e^-
2 H₂O --> O₂ + 4 H⁺ + 4 e^-

Il se dégage un peu de gaz O₂. Mais il se forme des ions H⁺ et des ions Cu²⁺ qui sont tous deux détruits sitôt formés, car ils réagissent avec le bicarbonate ambiant, selon :

H⁺ + HCO₃^- --> H₂O + CO₂
2 Cu²⁺ + 4 HCO₃^- --> Cu₂CO₃(OH)₂ + H₂O + 3 CO₂

Le dépôt qui se forme au fond de ton récipient est le carbonate basique Cu₂CO₃(OH)₂ qui est bleu-vert et insoluble dans l'eau.

[Loulou2748]

Merci pour votre réponse très précise Moco, mais j'aimerais tout de même éclaircir quel que point. Quelle que questions me taraudent encore.

1) La cathode est bien relié a la borne négative de la pile et l'anode à la borne positive?

2) Quand nous fermons le système, d'où vient le premier électron, de la pile ou d'une des plaques en cuivre? S'il vient de la pile, il va se diriger alors vers l'anode et donc que va t-il se passer car il va y avoir un trop plein d'électron, que se passe t-il au niveau du cuivre? Au contraire, si il vient d'une des électrode et laquelle, sans doute la cathode, que se passe t-il, va t-il vers la pile, qu'arrive t-il au cuivre qui perd des électrons, et de plus, que se passe t-il quand ces électrons arrivent à l'autre plaque en cuivre?

3) Une des électrodes s'entoure d'un dépôt bleu et le cuivre est intacte alors que l'autre est oxydée, laquelle est la cathode et laquelle est l'anode?

4) J'ai vu que certain mettait de l'eau oxygéné pour accélérer la réaction, pourquoi cela accélère t-il la réaction et dans mon cas cela le ferait-il?

5) Comment récupérer le dépôt qui se forme au fond?

Voilà mes questions, je peut paraître lourd mais je ne suis pas du genre à croire sans comprendre ni réfléchir moi même, je veux comprendre de A à Z ce qui se passe, je suis un passionné de physique-chimie.

Merci.

[moco]

Bonsoir,
Je vais essayer de répondre à tes cinq questions.

1) Les cations sont positifs et migrent vers la cathode qui est donc négative.
Les anions sont négatifs et migrent vers l'anode, qui est donc positive.

2) Il n'y a pas de "premier électron" qui apparaît quelque part, et qui disparaît plus tard ailleurs. Le générateur qui crée l'électrolyse prend un électron sur l'anode de cuivre ou dans l'eau (puisqu'il y a deux réactions concurrentes et simultanées) et simultanément il en fournit un à la cathode où se dégage du gaz H₂. Il n'y a jamais nulle part trop plein d'électron ou manque d'électrons. Si c'était le cas, le premier électron arrivant quelque part repousserait le 2ème et les suivants.
Et, comme je l'ai dit le 29.4. à 19h41, le cuivre qui a perdu un électron à l'anode devient un ion cuivre Cu²⁺ et cet ion coloré en bleu passe dans l'eau où il se dissout.

3) Le cuivre du pôle négatif (cathode) n'est pas attaqué chimiquement. Il ne fait qu'apporter des électrons qui réagiront avec l'eau pour former du gaz H2 et des ions OH^-. Ces ions partiront en solution, où ils réagiront avec les ions HCO₃^-, comme je l'ai écrit dans les dernières lignes de mon message du 29.4 à 19h41. Mais au bout d'un certain temps, les ions HCO₃^- et les ions CO₃^2- réagiront avec les ions Cu²⁺ formés sur l'autre électrode et il se former un dépôt insoluble de malachite Cu₂CO₃(OH)₂
Le cuivre au pôle positif (ou anode) peut s'oxyder de deux façons. Soit il se forme la réaction dont je parlais précédemment, qui forme des ions Cu²⁺. Soit il se forme de l'oxyde de cuivre noir CuO, selon l'équation :
Cu + H2O --> CuO + 2 H+ + 2 e-.
Donc il y a en réalité trois réactions simultanées concurrentes à l'anode (pôle +) : Soit il se forme du gaz O2 et un acide en solution. Soit il se forme des ions Cu²⁺. Soit il se forme CuO et des ions acides.

4) L'eau oxygénée accélère la réaction d'oxydation. Car il faut savoir que l'oxydation anodique de Cu qui forme CuO produit deux électrons et se produit en réalité en deux temps. Tout d'abord l'oxydation forme l'oxyde de cuivre(I) Cu₂O qui est orangé, en ne libérant qu'un seul électron par atome de cuivre. Puis cet oxyde se suroxyde en formant l'oxyde de cuivre(II) CuO noir et en rélibérant le 2ème électron. Il arrive qu'on voie la formation de cet oxyde Cu₂O. Mais l'eau oxygénée a le pouvoir l'oxyder immédiatement Cu₂O en CuO.

5) On peut récupérer le dépôt bleuâtre insoluble en filtrant l'ensemble du liquide. On se produire un filtre genre filtre à café par exemple. On le place dans un grand entonnoir, lui même placé dans le col d'une bouteille. On fait passer le liquide trouble dans ce filtre. Le dépôt insoluble rest3e pris dans le filtre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Loulou2748]

Merci pour vos réponses, ça m'a beaucoup aidé. Je voulais savoir aussi, comment les ions OH- peuvent réagir avec le bicarbonate HCO3-, sachant que se sont tous les deux des anions, ils devraient se repousser? Sur la cathode, il se forme une couche de cuivre qui provient de l'anode, le cuivre qui appartient à la cathode, qui était initialement présent, perd t-il des électrons? Et je voulais savoir aussi, comment récupérer le plus pur possible le carbonate basique Cu2CO3(OH)2, puis-je en faire des cristaux? De plus, quand la réaction va t-elle se terminer, quand les réactions chimiques cesseront-elle? Et pourquoi les ions sodium Na+ du bicarbonate ne réagissent-ils pas?

[moco]

Bonsoir,

Je vais essayer de répondre à tes questions dans l'ordre.

1. Les ions HCO₃^- peuvent être considérés comme en équilibre avec les ions CO₃^2- et les ions H⁺ (ou H₃O⁺). Quand on ajoute des ions OH- à une telle solution, ils réagissent avec les ions H⁺ pour former de l'eau. Mais cela déséquilibre l'équilibre de HCO₃^- dont je viens de parler. En conséquence, de plus en plus de ces ions se voient transformés en ion carbonate CO₃^2-. Tout se passe comme si les ions HCO₃^- avaient réagi avec les ions OH^-.

2. Le cuivre de la cathode reçoit des électrons dans une électrolyse. Il ne peut donc pas en perdre.

3. Pour faire des cristaux de carbonate basique, je ne vois pas bien la méthode. Peut-être en travaillant avec une lenteur extrême. Mais je ne suis même pas sûr.

4. La réaction se terminera quand la plaque de cuivre servant d'anode sera totalement oxydée et disparaîtra purement et simplement.

5. C'est vrai que les ions sodium ne réagissent pas dans cette électrolyse. La tension nécessaire pour former du sodium métallique est trop élevée. On décompose l'eau bien avant qu'on puisse décharger du sodium. Et même si on y parvenait, le sodium est un métal qui décompose l'eau immédiatement, et qui reformerait des ions Na⁺, ainsi que du gaz H₂ et des ions OH^-.

[Loulou2748]

Merci beaucoup pour vos réponses! Vous aviez dit l'autre fois qu'il pouvait se produire plusieurs réactions avec le cuivre sur l'anode. Soit le cuivre devenait l'ion cuivre Cu2+ ou bien, le cuivre devenait de l'oxyde de cuivre CuO, lesquelles de ces réactions se produits dans mon cas, les deux se produisent-elle, si oui, laquelle se produit le plus? L'ion cuivre Cu2+ peut-il directement rejoindre la cathode et donc devenir un atome de cuivre en capturant 2e- qui se déplaçaient dans la cathode? La réaction ne peut-elle pas se terminer quand il n'y aura plus de bicarbonate de sodium? Il y a aussi production de plusieurs gaz, du dihydrogène H2, du dioxygène O2 et du dioxyde de carbone CO2, lequel de ces gaz est le plus produit?

Merci.

[moco]

Bonsoir,
Quand il existe plusieurs réactions simultanées sur une électrode, on ne peut pas dire en général laquelle a le plus d'importance. Cela dépend de la géométrie des plaques, et de l'intensité de courant par unité de surface, et de la composition de la solution, en particulier de la teneur en impuretés.