Electrolyse et volume de gaz

[Loulou2748]

Bonsoir,

J'aimerais réaliser une électrolyse de l'eau. Pour cela, j'aimerais savoir qu'elle solution conduirait le mieux le courant. Une solution aqueuse de bicarbonate de sodium ou un solution aqueuse de chlorure de sodium?
J'aimerais aussi savoir comment calculer la quantité de matière ou le volume de dihydrogène formé en fonction du temps. J'ai vu qu'on pouvait calculer cela en fonction du nombre de mole d'e^- formé par la relation : nbr d'électrons = (I.t)/F. Mais comment savoir le nombre de mole d'électrons formée?
J'aimerais aussi savoir comment accélérer la réaction afin de produire un maximum e gaz en un temps réduit, j'ai que cela était possible en ajoutant de l'eau oxygéné, est-ce vrai?
J'aimerais aussi savoir qu'elles électrodes il serait conseillé d'utiliser?

Merci d'avance pour vos réponses.

Loulou2748
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[Strade]

Bonjour,

Pour répondre à la première question, on préfère le chlorure de sodium, car sa somme des conductivités ioniques molaires (environ 12,5 mS.m²/mol) est plus élevée que celle du bicarbonate de sodium (environ 9,5 mS.m²/mol). Quant au reste, je laisse la parole aux experts en électrochimie.

[moco]

Bonjour,
Si on veut faire une électrolyse de l'eau, il ne faut surtout pas ajouter du chlorure de sodium, car on ne ferait pas l'électrolyse de l'eau, mais celle du chlorure de sodium. Il se formerait du gaz chlore à l'anode, lequel réagirait peu à peu avec les ions OH- formés à la cathode. Le tout formerait des ions hypochlorite ClO-, et on obtiendrait une solution connue sous le nom d'eau de Javel.
Il ne faut pas non plus dissoudre du bicarbonate de sodium. D'abord il est peu soluble, et ensuite il se dégagerait à l'anode un mélange de gaz oxygène et de gaz carbonique CO2, par suite d'une réaction secondaire.
Non. Il faut dissoudre des substances qui ne produisent par d'effets parasites ou secondaires. Et le mieux est l'acide sulfurique ou un sulfate soluble, comme le sulfate de sodium. Tant l'acide sulfurique H2SO4 que le sulfate de sodium Na2SO4 vont très bien. Ils sont très solubles. Et on obtient du gaz H2 pur à la cathode, et du gaz O2 pur à l'anode.

[Loulou2748]

Merci beaucoup pour vos réponses. Mais j'aimerais savoir aussi comment calculer le volume de dihydrogène en fonction du temps, de l'intensité, etc. Comment est t-il possible d'accélérer la réaction ? En y ajoutant du péroxyde d'hydrogène? Et quelles électrodes est-il conseillé d'utiliser afin qu'elle ne réagissent par lors de la réaction?

Merci pour vos réponses.

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Bonsoir,

Il faut appliquer la loi de Faraday. Le nombre de moles de H₂ formé est de n(H₂) = I·t/2F, où I est l'intensité du courant en Ampère, t le temps en secondes, F le faraday (96500 Cb). Le nombre de moles de O₂ formé sera la moitié de n(H2). Donc si tu conduis ton électrolyse avec un courant de 0.7 Ampères pendant 15 minutes, le nombre de moles de H₂ formé sera : n(H₂) = 0.7·15·60/(2·96500) = 3.26 10^-3 mol.
Le volume correspondant (en m³) se déduit de la loi des gaz parfaits : V = nRT/p, où R vaut 8.314 J/mol·K, T est la température ambiante, donc peut-être 20°C (293 K), et p est la pression atmosphérique dans le laboratoire, que je suppose ici égale à 1 bar = 10⁵ Pa.
V = 3.26 10^-3·8.314·293/10⁵ = 8 10^-5 m³ = 80 mL

Le seul moyen d'accélérer la réaction est d'utiliser un courant plus grand. Inutile d'ajouter du peroxyde d'hydrogène. Cela ne ferait en effet que diminuer le rendement en gaz H₂.

[Loulou2748]

Merci beaucoup Moco pour vos réponses!

J'ai également vu que l'on pouvait produire du dihydrogène en faisant réagir de la soude avec de l'aluminium, la réaction produirait davantage de gaz d'hydrogène. Est-ce mieux qu'une électrolyse?

[moco]

Bonsoir,
La réaction de NaOH sur l'aluminium n'a aucun rapport avec l'électrolyse, et ne peut pas lui être comparée. Le volume de gaz H2 obtenu par électrolyse dépend du courant utilisé et de la durée de l'électrolyse. Dans la réaction NaOH + Al, il n'intervient pas de courant, et le temps ne peut pas être choisi comme dans une électrolyse.

[Loulou2748]

Merci,

Et concernant les électrodes, que me conseillez vous afin qu'elles ne réagissent pas durant la réaction, qu'elles ne se détériorent pas?

[moco]

Bonsoir,
Les seules électrodes qui ne réagissent jamais dans une électrolyse sont en platine, hélas. Car le platine est un métal très cher. Il y a bien les électrodes en charbon, comme on en utilise dans les piles Leclanché. Elles ne réagissent pas chimiquement, certes. Mais elles se délitent peu à peu : il se détache des petits fragments de carbone, qui forment un dépôt noir peu attirant, en fond de cuve.

[Loulou2748]

Merci pour vos réponses.

J'ai effectué une électrolyse avec des tiges filetées, la solution est alors devenu jaune et la tige relié à la borne négative est devenu également jaune rouille. Pourquoi? je croyais que les tiges filetées ne réagissaient pas lors de l'électrolyse.

[moco]

Bonjour,

Tu peux croire tout ce que tu veux. Ce n'est pas interdit de croire. Mais tu te heurteras aux faits.
Et les faits montrent que tout objet en métal qui n'est pas du platine s'oxyde à l'anode d'une électrolyse, qu'il soit fileté ou non. Ta tige est probablement en fer. Et le fer s'oxyde à l'anode en formant des ions fer(III) qui sont de couleur marron. Ces ions passent en solution, mais vont aussi migrer en solution et se déposer à la cathode sous forme d'hydroxyde ferrique (ou rouille) au contact des ions OH- créés à cette même cathode.

[Loulou2748]

D'accord, et le fait qu'il y ait cette oxydation, cela ne va t-il pas entrainer une perte de rendement au niveau du dihydrogène? le problème pourrait-il être résolu en remplaçant la tige reliée à la borne négative par une tige en inox ? Ou du moins, limiter l'oxydation?

[moco]

Bonjour,
Le rendement en hydrogène à la cathode n'est pas touché par ces phénomènes d'oxydation à l'anode. Il sera toujours le même. L'inox sera attqué à l'anode comme n'importe quel autre métal. L'inox résiste à l'oxydation aérienne, mais pas à l'oxydation électrolytique.

[Loulou2748]

D'accord, merci.
Je voulais savoir également quel métal choisir afin d'augmenter le rendement en dihydrogène. Je voudrais insérer des plaques de métal dans une des anodes et comme électrolyte je prend de la soude ainsi il ne faut pas que le métal réagisse avec car je sais que l'aluminium réagit énormément avec. Quel métal faut-il que je choisisse alors?

[moco]

Bonsoir,

Il n'y a pire sourd que celui qui ne veut pas entendre. Je t'ai déjà dit trois fois, dans mes messages numéros 9, 11 et 13, que le seul métal qui n'est pas oxydé à l'anode lors d'une électrolyse, est le platine. Tous les autres, y compris l'inox, s'oxydent à l'anode. Tu persistes à ne pas me croire. Et je vois que tu cherches malgré tout un autre métal pour l'anode. Qu'est-ce que je peux y faire ?
D'autre part, le rendement en hydrogène à la cathode ne dépend pas du choix du métal, ni de la nature de l'électrolyte. Tous les métaux donnent le même rendement en H2 à la cathode. Tu peux faire une cathode en cuivre, en fer, en chrome, en nickel, en argent. C'est égal. Le rendement en H2 à la cathode dépend du courant et de la durée de l'électrolyse, pas de la nature du métal. C'est tout.
Mais, comme d'habitude, tu ne vas pas me croire. Je me demande à quoi cela sert que je continue à écrire.
Je vois aussi que tu choisis la soude comme électrolyte. Attention à toi ! La soude est caustique. Elle attaque la peau.

[Loulou2748]

Vous n'avez pas compris ma question. Je ne recherche pas un métal qui ne s'oxyde pas lors du passage du courant, mais un métal qui ne réagit pas avec la soude. Je découperais ces plaques de métal que j’insérerais sur la cathode afin d'augmenter la surface de cette dernière et ainsi produire plus de dihydrogène. Ainsi, quel métal ne réagit pas avec la soude?

[moco]

Bonsoir,
Les seuls métaux courants qui réagissent avec la soude sont l'aluminium et le zinc. Parmi ceux qui ne réagissent pas avec la soude, on peut citer le fer, le nickel, le chrome, le cuivre, l'argent, le plomb et tous les métaux accompagnant le platine dans ses mines, et qui l'entourent dans la table périodique.