Électrolyse : transformation forcée
Bac 2025 : Ce chapitre est au programme de l'épreuve de spécialité !
L'électrolyse est une transformation chimique forcée par un courant électrique. Contrairement à une pile, elle consomme de l'énergie électrique pour provoquer des réactions non spontanées. Elle est utilisée pour synthétiser des espèces chimiques ou réaliser des dépôts métalliques.
Objectifs du chapitre
- Comprendre le principe de l'électrolyse comme transformation forcée.
- Identifier les réactions aux électrodes (anode et cathode).
- Connaître des applications : synthèse et dépôt métallique.
Principe de l'électrolyse
L'électrolyse est une transformation chimique qui se produit dans un électrolyte (solution conductrice) sous l'effet d'un courant électrique imposé par un générateur. Le générateur force le passage des électrons dans le circuit externe, ce qui provoque des réactions d'oxydoréduction aux électrodes. Contrairement à une pile, la réaction n'est pas spontanée : elle nécessite un apport d'énergie électrique. L'électrolyse permet de réaliser des transformations qui ne se produiraient pas naturellement.
Réactions aux électrodes
L'électrode reliée à la borne positive du générateur est l'anode. Elle est le siège d'une oxydation : des espèces chimiques y perdent des électrons. L'électrode reliée à la borne négative est la cathode. Elle est le siège d'une réduction : des espèces chimiques y gagnent des électrons. Les électrons circulent de l'anode vers la cathode dans le circuit externe. Dans l'électrolyte, les ions se déplacent pour assurer la conduction : les cations (ions positifs) migrent vers la cathode, les anions (ions négatifs) vers l'anode.
Applications : synthèse et dépôt métallique
L'électrolyse est utilisée pour synthétiser des espèces chimiques pures. Par exemple, l'électrolyse de l'eau produit du dioxygène à l'anode et du dihydrogène à la cathode. Une autre application est le dépôt métallique (électrolyse de dépôt) : on recouvre un objet conducteur d'un métal en le plaçant à la cathode dans une solution contenant des ions de ce métal. Par exemple, pour argenter une cuillère en cuivre, on la place à la cathode dans une solution de nitrate d'argent. Les ions argent Ag⁺ sont réduits en argent métallique qui se dépose sur la cuillère.
Formules à retenir
Red → Ox + n e⁻Une espèce chimique (réducteur) perd des électrons et se transforme en oxydant.
Ox + n e⁻ → RedUne espèce chimique (oxydant) gagne des électrons et se transforme en réducteur.
2 H₂O(l) → 2 H₂(g) + O₂(g)Réaction bilan : l'eau se décompose en dihydrogène et dioxygène sous l'effet du courant.
Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s)Réduction des ions argent en argent métallique à la cathode.
Exercice d'application
Question : On réalise l'électrolyse d'une solution aqueuse de sulfate de cuivre (Cu²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)) avec des électrodes inertes en platine. Le générateur impose un courant. a) Quelle est la réaction à la cathode ? b) Quelle est la réaction à l'anode ? c) Quel est le produit formé à la cathode ?
Voir la solution
Réponse : a) À la cathode (borne négative), les cations Cu²⁺ sont réduits : Cu²⁺(aq) + 2 e⁻ → Cu(s). b) À l'anode (borne positive), l'eau est oxydée (car les ions sulfate ne s'oxydent pas facilement) : 2 H₂O(l) → O₂(g) + 4 H⁺(aq) + 4 e⁻. c) Le produit formé à la cathode est du cuivre métallique Cu(s) qui se dépose sur l'électrode.
