Cellules électrolytiques

Cellules électrolytiques

What is the role of the anode and cathode in an electrolytic cell?

How does electroplating work in this experiment?

What does the Faraday constant represent in electrochemistry calculations?

How do you calculate the total charge transferred during electroplating?

Why must the copper electrode and brass key be polished before the experiment?

What is the relationship between moles of electrons transferred and moles of copper plated?

How should you handle the current data if it drops to zero during electroplating?

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Tableau 1 : Moles de Cu transférées

Tableau 2 : Moles d’électrons transférés

In an electrolytic cell, the anode is oxidized by the power source, releasing ions that travel through the solution to the cathode. At the cathode, these ions are reduced and plated onto the surface. The copper anode oxidizes to produce copper(2+) ions, which are then reduced and deposited as solid copper on the brass cathode.

Electroplating occurs when copper(2+) ions from the copper anode migrate through the copper sulfate solution and are reduced at the brass cathode, forming a thin layer of solid copper. The power source drives this nonspontaneous redox reaction, transferring electrons that reduce the ions into metal plating on the cathode surface.

The Faraday constant represents the magnitude of electric charge per mole of electrons, calculated by multiplying the charge of an electron by Avogadro's constant. It is used to convert total charge transferred in coulombs into moles of electrons, enabling calculation of moles of metal plated during electroplating.

Total charge is calculated using the equation Q = I × t, where Q is charge in coulombs, I is average current in amperes, and t is time in seconds. The current probe measures current over time, and averaging these values allows you to determine the total charge transferred throughout the electroplating process.

Polishing with emery paper removes surface oxidation and contaminants from both the copper electrode and brass key, ensuring clean electrode surfaces. This preparation improves electrical contact and allows accurate measurement of mass changes during electroplating, since only the intended copper deposition is measured.

The reduction of one mole of copper(2+) ions requires two moles of electrons to produce one mole of solid copper. By calculating moles of electrons from total charge using the Faraday constant, you can predict the expected moles of copper plated and verify this matches the measured mass change of the cathode.

If current drops to zero or near zero during a trial, electrons have stopped flowing and the plating process has halted. Only use current values recorded before the drop occurs when calculating average current and total charge. If current drops early, repeat the trial to ensure sufficient electroplating occurs.

Notions Préparation de l'instructeur Protocole étudiant

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Les réactions électrochimiques sont essentielles à de nombreux processus de la technologie et du corps humain et impliquent le transfert d’électrons d’une espèce chimique à une autre. Ces réactions sont appelées réactions de réduction-oxydation ou réactions d’oxydoréduction.

Lorsqu’une espèce perd des électrons, elle subit une oxydation, et on dit qu’elle est oxydée. Lorsqu’une espèce gagne des électrons, elle a subi une réduction, et on dit qu’elle est réduite. Dans une pile galvanique électrochimique, des réactions d’oxydoréduction se produisent spontanément, qui génèrent de l’énergie électrique. Cependant, dans une cellule électrolytique, de l’énergie électrique est appliquée, ce qui provoque les réactions d’oxydoréduction.

Une cellule électrolytique est constituée d’une solution réactionnelle appelée électrolyte, qui contient toutes les espèces chimiques oxydées ou réduites ainsi que les ions nécessaires pour permettre la circulation des électrons. La pile électrolytique comporte deux électrodes métalliques qui sont immergées dans la solution électrolytique. Un circuit externe relie les deux électrodes, ce qui complète le circuit et nous permet d’appliquer une tension ou un courant.

Le courant ou la tension appliquée est ce qui provoque la réaction électrochimique. La demi-réaction d’oxydation se produit au niveau de l’anode et la demi-réaction de réduction se produit au niveau de la cathode. Pour vous aider à faire la différence entre les deux, rappelez-vous l'expression « chat rouge », qui signifie « réduction à la cathode ».

Mais comment déterminer quelle électrode est laquelle ? Nous pouvons utiliser le potentiel de réduction standard des électrodes métalliques, qui est une mesure de la tendance du métal à perdre des électrons. Plus le potentiel de réduction est élevé, plus il est probable que le métal soit réduit.

Disons que nous plaçons une électrode d'argent et une électrode de cuivre dans une cellule d'électrolyse et que nous appliquons du courant. L’électrode d’argent a un potentiel de réduction plus élevé, elle est donc réduite et agit comme la cathode. L’électrode de cuivre a un potentiel de réduction plus faible, elle est donc oxydée et agit comme l’anode.

L’une des utilisations des cellules électrolytiques est d’effectuer la galvanoplastie, qui est une réaction où un métal est oxydé puis réduit à la surface d’un autre métal. Étant donné que l’anode est le métal qui effectue le placage, dans notre exemple d’argent et de cuivre, l’électrode d’argent est plaquée d’une fine couche de cuivre.

Dans cet atelier, vous allez assembler une cellule électrolytique et effectuer le processus de galvanoplastie en plaquant une clé en laiton avec du cuivre.

Print Procedure Steps

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Source : Smaa Koraym de l’Université Johns Hopkins, MD, États-Unis

Cellule lectrolytique

processus de galvanoplastie

anode de cuivre

cathode de laiton

sonde de courant

acquisition de donn es

Essai	Heure(s)	_Moyenne actuelle (A)	Frais totaux (C)	Moles (e ?)
5 min
1^m 30 min
2^nd 30 min
Total

Masse de la clé (g)

Changement de masse (g)

Moles Cu plaquées

Masse de l’électrode Cu (g)

Changement de masse (g)

Moles Cu perdues

2^nd 30 min