09/2005 Métropole Calculatrice interdite EXERCICE I : TRAITEMENT DE L'EAU D'UNE PISCINE (4 points)
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1. Électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium au laboratoire 1.1. D’après le texte, les espèces chimiques présentes sont les ions Na+(aq) et Cl–(aq (solution aqueuse de chlorure de sodium) et l’eau (H2O, H3O+ et HO–). Or il se forme du dichlore et du dihydrogène, les couples mis en jeu sont : H2O / H2(g) et Cl2(g) / Cl–(aq) . 1.2. Cl– est le réducteur du couple Cl2(g) / Cl–(aq), les ions chlorure peuvent être oxydés. 1.3. Une oxydation libère un ou des électrons qui vont être "pompés" par la borne + du générateur. Cette oxydation a donc lieu au niveau de l'électrode B. L'oxydation est modélisée par la demi-équation suivante : 2Cl–(aq) = Cl2(g) + 2 e– . Il se dégage alors du dichlore. 2. Étude d'un électrolyseur pour piscine 2.1.1. Avancement État initial État en cours de transformation État final 0 x xf 2 H2O + excès excès excès 2 Cl–(aq) = H2(g) + n(Cl–)i n(Cl–)i–2x n(Cl–)i–2xf et 0 x xf Cl2(g) + 2 HO–(aq) 0 x xf 0 2x 2 xf Quantité (en mol) d’électrons échangés 0 2x 2 xf

2.1.2. D’après le tableau : n(e–) = 2x

n1(Cl2) = x
–

donc n(e–) = 2 n1(Cl2)

2.2. Cl2(g) + 2 HO–(aq) = H2O + Cl–(aq) + ClO–(aq)

(équation 2)

D’après l’équation chimique: n2(Cl2)consommée = n(ClO )formée 2.3. Si la transformation associée à l’équation 2 est totale et rapide, tout le dichlore formé est consommé, donc n1(Cl2) = n2(Cl2)consommée . n (e  ) soit = n(ClO–)formée . 2 2.4. Pendant la durée t, il circule une quantité d'électricité Q = I.t. D'autre part la quantité d'électricité est liée au nombre N d'électrons ayant circulé pendant cette durée: Q = N.e. Le nombre d'électrons ayant circulé est lié à la quantité de matière d'électrons : n(e–) = N / NA où NA est la constante d'Avogadro. Donc N = n(e–).NA alors Q = n(e–).e.NA. Il vient Q = n(e–).e.NA = I.t. Enfin d'après 2.3., n(e–) = 2 n(ClO–)formée Finalement 2