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zingage sciences physiques

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TS spé physique-chimie
Électrozingage d’une pièce d’acier
Contexte :
L’acier, alliage majoritairement composé de fer, peut être oxydé par le dioxygène (formation de la rouille) : c’est la corrosion du fer. A l’inverse, le zinc est un métal qui résiste mieux à la corrosion. Ceci est vient du fait qu’une couche d’oxyde de zinc est moins perméable au dioxygène que l’oxyde de fer. L’oxydation n’a donc lieu qu’en surface : c’est la passivation.
Pour protéger l’acier de la corrosion, une technique courante est d’adapter la composition de l’acier pour qu’il résiste mieux à la corrosion : c’est l’acier inoxydable. Le but de ce TP est de montrer une autre technique : déposer une fine couche de zinc sur la pièce en acier.
Déposer une couche de métal (plaquage) peut être fait en trempant la pièce à recouvrir dans un bain de métal liquide. On le fait ici par électrolyse (galvanostégie). En faisant circuler le courant dans la cuve à électrolyse, on force la réaction Zn2+(aq) + 2e- = Zn(s) (réduction de l’élément zinc). Les ions zinc sont apportés par une solution de chlorure de zinc.

Questions :
a. La forme de l’électrode de zinc permet d’augmenter sa surface. Ceci permet, pour un courant électrique donné, de ne pas avoir à fournir une tension trop importante. La forme cylindrique permet aussi de placer l’autre électrode (la cathode) en son centre, ce qui garantit que la réduction du zinc (et donc le dépôt du métal) pourra se faire sur toute sa surface (sur les deux faces de la cathode en acier et non sur une seule).
b.
+
A
I

ecations
+

anions

-

A
c. Au niveau de l’électrode de zinc :
Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 eIl y a oxydation de l’électrode de zinc : c’est l’anode.

I

e-

Au niveau de l’électrode d’acier :
Zn2+(aq) + 2 e- = Zn(s)
La réaction est une réduction : il s’agit de la cathode.
L’équation-bilan de la réaction d’électrolyse est Zn(s) + Zn2+(aq) Zn2+(aq) + Zn(s).
d. La concentration effective en ions zinc(II) ne varie pas,

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