Source : Smaa Koraym de l’Université Johns Hopkins, MD, États-Unis
Cellules électrolytiques
Mettez des gants, des lunettes de sécurité et un tablier de laboratoire, qui doivent être portés en permanence.
Obtenez une résistance de 10 ohms, une électrode en feuille de cuivre, un fil de cuivre et un morceau de papier émeri.
Utilisez le papier émeri pour polir la clé en laiton et la feuille de cuivre. Rincez la clé et l’électrode en cuivre à l’eau. La clé en laiton sera la cathode, et la feuille de cuivre sera l’anode.
Portez un bécher de 50 ml et un verre de montre à la capuche de l'instructeur et obtenez environ 20 ml d'acétone. Placez le verre de la montre sur le dessus du bécher pour éviter l’évaporation et ramenez-le sur votre banc.
Étiquetez l'autre bécher de 50 ml comme « déchet organique ».
Utilisez une pipette jetable pour rincer l’électrode et la clé en cuivre avec de l’acétone. Récupérez l’excédent dans le bécher à déchets. Placez la clé et l’électrode de cuivre sur une serviette en papier pour sécher.
Mesurez les masses initiales de la clé et de l’électrode en cuivre et notez leurs valeurs dans votre cahier de laboratoire.
Tableau 1 : Moles de Cu transférées 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 0 min 5 min 1m 30 min 2nd 30 min
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Configurer la cellule d’électrolyse. Utilisez un fil électrique avec des pinces crocodiles pour connecter la borne négative de la batterie à la sonde de courant. Enroulez la résistance de 10 ohms autour de l’autre extrémité de la sonde de courant.
Utilisez un autre fil pour connecter la borne positive de la batterie à l’électrode en cuivre.
Enroulez le fil de cuivre autour de la clé en laiton et utilisez un fil électrique pour connecter la résistance de la sonde de courant au fil de cuivre de la clé en laiton.
Obtenez environ 200 mL de sulfate de cuivre concentré dans un bécher de 250 mL. Le montant n’a pas besoin d’être exact. Ramenez le bécher sur votre banc et posez-le sur la plaque d’agitation. Placez délicatement une barre d’agitation magnétique dans le bécher et réglez le réglage d’agitation sur élevé.
Connectez le système d’acquisition de données à la sonde actuelle et permettez au système d’acquisition de données de détecter la sonde. Il devrait renvoyer une lecture en ampères. Passez à deux balayages par minute et passez la durée à 5 min.
Place la clé en laiton dans le bécher. Suspendez-le sur le côté du bécher de sorte que la touche soit presque complètement immergée mais ne touche pas la barre d’agitation magnétique. note: Le fil de cuivre ne doit pas être dans la solution.
Place l’électrode de cuivre dans le bécher, en la pliant de manière à ce qu’elle dépasse du bord du bécher. Assurez-vous qu’il ne touche pas le barreau d’agitation ou la clé en laiton.
Démarrez l’analyse et laissez-la collecter des données pendant 5 min. Cela servira de test pour s’assurer que le placage se produit sur la clé en laiton.
Une fois le balayage terminé, retirez la clé et l’électrode en cuivre. Le placage de cuivre sur la clé en laiton doit être évident. S’il n’est pas visible, vérifiez votre circuit pour vous assurer que la batterie est connectée dans le bon sens.
Une fois que vous avez terminé un placage réussi de 5 minutes, débranchez la clé et l’électrode en cuivre du câblage. Retirez le fil de cuivre de la clé et rincez la clé et l’électrode de cuivre avec de l’eau puis de l’acétone. Posez-les sur une serviette en papier pour les faire sécher.
Mesurez les masses de la clé et de l’électrode de cuivre et notez-les dans votre cahier de laboratoire.
Reconnectez la clé et l’électrode en cuivre et remettez-les dans la solution comme avant. Redémarrez l’exécution sur le système d’acquisition de données, en vous assurant que la cadence est réglée sur deux balayages par minute. Avec la durée réglée sur 30 min, laissez le processus de galvanoplastie se dérouler.
Une fois le balayage terminé, retirez l’électrode et la clé de la solution, débranchez-les des fils et rincez-les à l’eau puis à l’acétone. Laissez-les sécher sur une serviette en papier, puis pesez-les et notez leurs masses dans votre carnet.
Rassemblez la configuration et répétez la galvanoplastie pour un deuxième essai de 30 minutes. Une fois le balayage terminé, retirez la clé et l’électrode de cuivre, rincez-les comme précédemment et notez leur masse.
Enregistrez les données enregistrées sous forme de fichier texte sur une clé USB.
Pour nettoyer, désactivez le réglage d’agitation et retirez la barre d’agitation de la solution à l’aide d’une pince. Jetez l’acétone dans le contenant de déchets organiques fourni par votre instructeur. La solution de sulfate de cuivre peut être réutilisée pour de futurs laboratoires, alors versez le sulfate de cuivre concentré dans la tourie.
Rincez toute votre verrerie à l’eau et renvoyez-la à l’instructeur.
Results
Tout d’abord, calculez la charge totale Q qui a circulé dans le système pendant les différents essais. Un coulomb est la quantité d’électricité circulant dans un fil transportant 1 ampère de courant en 1 s, donc Q = I x t.
Examinez les données actuelles de la sonde pour le premier essai de galvanoplastie de 5 minutes. note: Si le courant tombait à 0 ou près de 0 à la fin de l’essai, les électrons cessaient de circuler de l’électrode de cuivre à la clé. N’utilisez que les valeurs enregistrées avant la chute du courant. Si le courant tombe à 0 au début du processus de placage, répétez l’essai.
Le courant varie dans le temps, calculez donc le courant moyen, I.
Tableau 2 : Moles d’électrons transférés Essai Heure(s) Moyenne actuelle (A) Frais totaux (C) Moles (e ?) 5 min 1m 30 min 2nd 30 min Total
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Utilisez le courant moyen sur le temps total pour déterminer la charge totale transférée pendant la galvanoplastie, Q. Environ 20 coulombs ont été transférés au cours de l’essai de 5 minutes, et entre 110 et 120 coulombs ont été transférés au cours de chaque essai de 30 minutes. La charge totale transférée sur l’ensemble du processus de galvanoplastie de 65 minutes était d’environ 250 coulombs.
Utilise la charge totale transférée pour calculer les moles d’électrons plaqués lors de chaque essai. Les moles d’électrons plaquées sont égales à la charge totale transférée divisée par la constante de Faraday. La constante de Faraday représente l'intensité de la charge électrique par mole d'électrons et est déterminée en multipliant la charge d'un électron par la constante d'Avogadro.
Déterminez les moles d’électrons qui ont été transférées pour les essais de 5 min et 30 min.
Calcule les moles de cuivre qui ont été plaquées sur la clé après chaque essai. De même, déterminez les moles de cuivre perdues de l’électrode de la feuille de cuivre.
Compare les moles de cuivre qui ont été perdues de l’électrode à la quantité qui a été plaquée sur la clé en laiton. Les chiffres devraient être proches.
Vérifiez si ces valeurs correspondent à ce qui est attendu en fonction du nombre de moles d’électrons qui ont été transférées. La réduction de 1 mole d’ions cuivre(2+) nécessite 2 moles d’électrons pour produire 1 mole de cuivre solide.
