Chapitre 5: électrolyse et synthèse Date : 1) HISTORIQUE En 1783, LAV0ISIER obtient de l en étudiant la combustion du dihydrogène dans le dioxygène : il réalise ainsi, par hasard, la première synthèse de l. À la même époque, l anglais CAVENDISH réalise lui aussi la synthèse de l en faisant jaillir une étincelle entre les extrémités de deux fils, placés à l intérieur d un cylindre contenant du Fig 1 dihydrogène et de l air (fig.1). Au cours d expériences ultérieures, LAV0ISIER réussit à décomposer l en faisant passer de la vapeur d sur de la poudre de fer incandescente; il récupère du dihydrogène (fig. 2). Ce n est que vers 1800 que les Anglais NICHOLSON et CARLISLE effectuent la première décomposition de l à l aide de l électricité, appelée électrolyse; ils récupèrent du dihydrogène et du dioxygène. Fig 2 Nous allons refaire certaines de ces expériences et étudier les phénomènes qui les accompagnent. LEJ / Chimie 3 ème 1 Mme Vanden Abeele
2) Décomposons l par électrolyse 2.1. Expérience Réalisons le circuit de la figure 4. La cuve, appelée électrolyseur, contient de l additionnée d un peu de soude. Fermons l interrupteur; des bulles de gaz se dégagent sur les électrodes*. Recueillons ces gaz en retournant sur chaque électrode un tube à essais rempli d. Le tube relié à la borne - du générateur se remplit de gaz plus vite que l autre. Cette expérience est une électrolyse. Si on la laisse se poursuivre, l électrolyseur va se vider peu à peu : de l disparaît. On peut montrer que la masse de soude ne change pas. La soude ne sert qu à apporter des ions qui assurent le passage du courant. 2.2. Identification des gaz a) Introduisons une bûchette, présentant un point incandescent, dans le tube A placé sur l électrode reliée au pôle +. La bûchette se rallume! Le tube A contient du dioxygène. b) Approchons une allumette enflammée de l extrémité du tube B placée sur l électrode reliée au pôle -. Il se produit une petite détonation, puis une flamme. Le tube B contient du dihydrogène 2.3. Conclusion Au cours de l électrolyse, de l disparaît et deux gaz apparaissent: le dihydrogène et le dioxygène. L électrolyse de l est, par conséquent, une réaction chimique: un réactif, l, disparaît pour former deux produits nouvx, le dihydrogène et le dioxygène: > dihydrogène + dioxygène. L électrolyse permet de décomposer l. Sommes-nous sûrs qu il ne s est pas formé d autres produits que nous n avons pas décelés? Pour le savoir, essayons de faire réagir du dioxygène sur du dihydrogène. LEJ / Chimie 3 ème 2 Mme Vanden Abeele
3) Synthèse de l 3.1. Combustion du dihydrogène dans l air Faisons brûler du dihydrogène dans l air.il brûle avec une flamme. Un verre à pied placé au-dessus de la flamme se recouvre de buée. Le test au sulfate de cuivre montre que cette buée est de l. Nous venons de réaliser la synthèse de l. 3.2. Combustion du dihydrogène dans le dioxygène pur Mélangeons du dihydrogène et du dioxygène dans un petit flacon en matière plastique (1/3 de dioxygène pour 2/3 de dihydrogène). Approchons l orifice du flacon d une flamme. Une violente explosion se produit. On peut montrer qu il se forme de l. 3.3. Conclusion Dans la combustion de dihydrogène dans l air, c est le dioxygène de l air qui réagit sur le dihydrogène. La synthèse de l est une réaction chimique; du dihydrogène et du dioxygène disparaissent en réagissant pour former de l : dihydrogène + dioxygène. Lors d une telle réaction, on observe un fort dégagement de chaleur. Retenons l essentiel L peut être décomposée par électrolyse Eau dihydrogène + dioxygène La synthèse de l est réalisée par combustion du dihydrogène dans du dioxygène dihydrogène + dioxygène Electrolyse et synthèse de l sont des réactions chimiques LEJ / Chimie 3 ème 3 Mme Vanden Abeele
Exercices Savez-vous l essentiel? Recopiez et complétez avec les mots suivants: dioxygène, dihydrogène,, réaction chimique, décomposition, synthèse. «La combustion du dihydrogène dans l air produit de l Cette... réaction chimique est appelée... synthèse de l. La... décomposition de l par électrolyse donne du... dioxygène et du dihydrogène» Synthèse et décomposition de l a) Écrivez l équation-bilan de la réaction de synthèse de l. b) Écrivez l équation-bilan de la réaction de décomposition de l. Vrai ou faux? Rectifiez les propositions fausses. a) L équation-bilan de la réaction de synthèse de l est: dihydrogène + dioxygène. F ( réaction inverse ) b) La décomposition de l est réalisée dans un électrolyseur. V c) La réaction de synthèse de l dégage de la chaleur. V Appliquez le cours Tests du dihydrogène et du dioxygène Comment pouvez-vous savoir si un tube à essais contient a) du dihydrogène? Si à la présentation d une flamme, une petite détonation se produit, il s agit de dihydrogène b) du dioxygène? Si on en approche un tison incandescent, celui-ci se rallume. LEJ / Chimie 3 ème 4 Mme Vanden Abeele
Utilisez vos connaissances L électrolyse Dessinez, puis complétez le schéma ci-après avec les mots: cuve, électrodes, additionnée de soude, tubes à essais, électrolyseur. Encore l électrolyse... choisissez la bonne réponse. Le passage du courant dans l additionnée de soude / sucre décompose l. On dit que l on réalise la décomposition / synthèse de l. Sur l électrode reliée à la borne + du générateur, on recueille le dihydrogène / dioxygène. Au cours de l électrolyse, de l apparaît / disparaît. Danger! Dans un laboratoire, on a mal refermé une bouteille contenant une grande quantité de dihydrogène. Ce gaz s est répandu dans la salle. a) Pourquoi est-il très dangereux de fumer ou d enflammer une allumette dans cette salle? le mélange dihydrogène, dioxygène est détonnant. b) Écrivez l équation-bilan de la réaction chimique qui se produirait alors. Électrolyse de l Nous réalisons l électrolyse de l. Le gaz contenu dans le tube A provoque une petite détonation, puis brûle lorsque nous approchons une flamme. Le gaz contenu dans le tube B rallume une bûchette présentant un point incandescent. a) Quel gaz contient le tube A? le dihydrogènele tube B? le dioxygène b) Indiquez le signe des bornes du générateur. H - O + c) Dans cette expérience réalisons-nous la synthèse ou la décomposition de l? LEJ / Chimie 3 ème 5 Mme Vanden Abeele
Changement d état et réaction chimique a)au cours de la vaporisation, de l liquide se transforme en vapeur. Est-ce une réaction chimique? Pourquoi? Il s agit d un phénomène physique car la matière n a pas été altérée. b)à haute altitude, des cristaux de glace se forment dans les nuages (lorsqu ils tombent, on dit qu il grêle). Adrien dit que c est une réaction chimique et Virginie dit que non. Qui a raison? Pourquoi? Virginie a raison car il s agit d un phénomène physique : la matière n a pas été altérée. Les dangers du dihydrogène a) Lors de la charge d un accumulateur, il se forme du dihydrogène. Sur le livret technique d une automobile, on peut lire qu il ne faut pas approcher une flamme de la batterie d accumulateurs lorsque l on procède à sa charge. Pourquoi? b) Le Zeppelin LZ 291 Hindenburg était un dirigeable de 245 m de long, contenant 190 000 m 3 de dihydrogène et pouvant transporter 72 passagers. Ce gigantesque dirigeable fut détruit par un incendie lors d un atterrissage, en 1937, aux Etats-Unis. Pourquoi ce dirigeable pouvait-il facilement s enflammer? Écrivez l équation-bilan de la réaction chimique qui s est produite lors de l incendie. c) Dans l expérience de la figure 6 (p. 3), avant d enflammer le dihydrogène, il faut purger l appareil, c est-à-dire faire dégager le dihydrogène suffisamment longtemps afin de chasser I air. Pourquoi? Écrivez l équation-bilan de la réaction chimique qui pourrait se produire dans l appareil si on ne le purgeait pas. le mélange dihydrogène, dioxygène est détonnant. LEJ / Chimie 3 ème 6 Mme Vanden Abeele
Analyse d un texte «. En 1784. Cavendish détermine la composition de l. Pour cela, il étudie soigneusement l explosion électrique amorcée dans un mélange de dihydrogène et de dioxygène contenu dans un tube retourné sur une cuve à mercure. Il observe la formation d une buée sur le verre de l appareil. Il prouve que cette buée provient de la combinaison des deux gaz...» a) Quelle est la nature de la buée? De la vapeur d est produite. b) Écrivez l équation-bilan de la réaction qui s est produite dans le tube. c) Pourquoi n a-t-il pas fait l expérience sur une cuve à? On ne pourrait pas distinguer l formée par synthèse de d de la cuve. Électrolyse de l On réalise l électrolyse de l avec un générateur de tension alternative. On constate que les volumes de gaz dans les deux tubes à essais sont identiques au cours de l électrolyse. Lorsque l on approche une allumette de l un ou l autre des tubes remplis de gaz, une violente explosion se produit. a) Que contient chaque tube à essais? Du dioxygène et du dihydrogène b) Pourquoi les contenus de chaque tube sont-ils identiques? Si le générateur produit une tension alternative, à intervalle régulier, les bornes changent de signe. Dès lors, si à une borne, il se produit du dihydrogène, le moment suivant il s y produit du dioxygène car son signe aura changé. Références bibliographiques : «Sciences physiques» collection DURANDEAU ; Edition HACHETTE Education LEJ / Chimie 3 ème 7 Mme Vanden Abeele