Electrolyse de l'eau
Résumé
L'électrolyse (du grec lysis = délier, dissoudre) est la décomposition d'un élément chimique sous l'effet d'un courant électrique.
Le voltamètre d'Hoffmann est le dispositif expérimental permettant d'étudier l'électrolyse de l'eau. On parle d'électrolyse de l'eau, mais, pour assurer une bonne conductivité électrique, l'eau pure ne suffit pas et on doit ajouter un électrolyte, comme de l'acide sulfurique H2SO4.
Sous l'action d'une différence de potentiel de quelques volts, une réaction électrochimique apparaît au niveau des électrodes :
La cathode délivre des électrons qui décomposent l'eau selon la réaction de réduction :
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
Côté anode, les molécules d'eau subissent la réaction d'oxydation suivante :
2H2O → O2 + 4H++ 4e-
Le bilan donne l'équation de décomposition suivante :
2H2O → O2 + 2H2
La réaction produit deux fois plus de dihydrogène que de dioxygène. La loi d'Avogadro justifie que le volume de gaz dans le tube de gauche (H2) est deux fois plus important que le volume de gaz récupéré dans le tube de droite (O2).
Objectifs d’apprentissage
- Comprendre une réaction d'oxydation et de réduction ;
- Savoir définir les termes suivants : électrolyse, électrolyte, anion, cation, anode, cathode, courant électrique ;
- Savoir lire une équation bilan.
En savoir plus
Une expérience électrolytique s'effectue toujours sous tension/courant continu.
L'anode est l'électrode par où entre le courant et la cathode est celle par où sort le courant. L'eau n'étant pas bonne conductrice, il est impératif d'utiliser un électrolyte permettant de fermer le circuit. Cet électrolyte se décompose dans l'eau pour former 2 ions libres de se déplacer et qui assureront la circulation du courant électrique dans le pont joignant les deux électrodes.
Ainsi, l'acide sulfurique (H2SO4) dilué dans l'eau donne un cation (H+) et un anion (HSO4-).
L'électrolyse de l'eau est une expérience très simple à réaliser. Lorsque Volta invente sa pile en mars 1800, il est tout naturel pour les scientifiques de l'époque d'étudier la conductivité de différents matériaux. Dès le mois de mai de la même année, Nicholson et Carlisle décomposent l'eau sous l'effet d'un courant électrique continu.
Les gaz produits sont facilement identifiables. Le dihydrogène (H2) réagit à l'approche d'une flamme par une petite explosion caractéristique et le dioxygène (O2) ravive une flamme en train de s'éteindre. Les volumes de gaz produits permettent de valider l'équation bilan (deux fois plus de H2 que de O2).
L'électrolyse peut s'appliquer à de nombreux autres liquides et solides. C'est le cas pour la production d'aluminium ou de cuivre.
