Électrolyse de NaCl fondu et en solution

Le cours en une phrase simple.

Objectifs

Comprendre ce qu’est l’électrolyse et le rôle de l’électrolyte.
Identifier les demi-réactions à la cathode et à l’anode pour le NaCl fondu et en solution aqueuse.
Utiliser la loi de Faraday pour estimer les masses déposées ou dégagées lors d’une électrolyse.
Prévenir les pièges fréquents (hydrolyse de l’eau, pas d’électron en milieu fondu, etc.).

Notions clés

Un électrolyte est une substance qui se dissocie en ions lors d’un passage de courant, permettant la conduction électrique et des transformations chimiques à l’électrode.

Notion 1: Électrolyte et électrolyse. Lorsqu’un courant traverse un électrolyte, les ions migrent et les demi-réactions se produisent à chaque électrode.

Notion 2: Demi-réactions à la cathode et à l’anode. À la cathode, réduction; à l’anode, oxydation.

Exemples résolus

Étape 1: demi-réactions pour NaCl fondu.

\[ \text{Cathode: } \ce{Na+ + e- -> Na} \\ \text{Anode: } 2\,\ce{Cl- -> Cl2 + 2 e-} \]

Étape 2: réaction globale (NaCl fondu).

\[ \ce{2 NaCl(l) -> 2 Na(l) + Cl2(g)} \]

Calcul avec la loi de Faraday: masse déposée à la cathode.

\[ m = \frac{M \times I \times t}{n \times F} \]

Exemple numérique (Na, NaCl fondu):

Données: Msodium = 22.99 g/mol, n = 1, I = 5 A, t = 3600 s, F = 96485 C/mol. \[ m = \frac{22.99 \times 5 \times 3600}{1 \times 96485} \approx 4.29 \text{ g} \]

Notion pratique: l’électrolyse du NaCl en solution aqueuse peut produire Cl2 à l’anode, et le sodium est moins favorisé à cause de l’hydrolyse de l’eau dans certaines conditions.

Lors de l’électrolyse d’une solution aqueuse de NaCl, quel est le produit majoritaire à l’anode ?

Réponse: 2 — le Cl- est oxydé en Cl2 à l’anode lorsque la concentration en Cl- est suffisante et que l’oxydation de l’eau est limitée par les potentiels d’activation.

Erreurs fréquentes

Confondre le produit à l’électrode: Na à la cathode dans les salts fondues est plausible, mais dans les solutions aqueuses, Cl2 est souvent majoritaire à l’anode et Na peut être remplacé par H2 selon les conditions.
Oublier de distinguer NaCl fondu et En solution: les conditions influencent les demi-réactions et les potentiels électrochimiques.
Mauvaise application de la loi de Faraday: units (C, mol) et le facteur n (nombre d’électrons) doivent être correctement pris en compte.
Négliger l’hydrolyse de l’eau en solution aqueuse et prendre Cl2 lorsque O2 peut être établi.

Récapitulatif

L’électrolyte permet la conduction et la dissociation en ions utiles pour l’électrolyse.
La cathode provoque une réduction; l’anode une oxydation.
Pour NaCl fondu: cathode = Na, anode = Cl2; pour NaCl en solution: eau peut aussi intervenir et influencer les produits.
La masse déposée ou dégagée peut être estimée par \( m = \frac{M \times I \times t}{n \times F} \).

Cartes mémo

Électrolyte

Substance qui se dissocie en ions et conduit l’électricité en solution ou en fusion

Cathode

Électrode où se produit la réduction

Anode

Électrode où se produit l'oxydation