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Les différents rôles de l'électrolyse : purification, protection contre la corrosion, embellissement, récupération

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Objectifs : En imposant une tension électrique entre deux électrodes dans une solution électrolytique, on peut forcer un transfert d’électron d’un oxydant vers un réducteur. C’est une électrolyse qui provoque des transformations forcées.

On peut utiliser ce procédé pour purifier un métal comme le cuivre, pour protéger le fer contre la corrosion par électrozingage, pour embellir les pièces d’un service de couverts en les argentant ou encore pour récupérer une substance comme l’aluminium ou le dichlore.
1. Purification du métal cuivre
a. Expérience de raffinage électrolytique du cuivre


             

b. Equations de la transformation

c. Obtention du métal purifié
Les impuretés de l’anode de cuivre, libérées par sa dissolution, se déposent au fond de la cuve électrolytique. Le cuivre cathodique formé est très pur car c’est le seul élément qui soit réduit dans ces conditions.
On parlera aussi d’un procédé de purification à anode soluble puisqu’elle a tendance à disparaître.
2. Protection contre la corrosion
a. Electrozingage
On dépose le zinc par électrolyse sur une plaque de fer décapée en trempant une électrode de zinc dans la solution électrolytique de sulfate de zinc acidifié contenant la plaque.
b. Equations de la transformation
c. Obtention du métal zingué
Le zinc déposé protège ainsi le fer, notamment de la formation de rouille.
L’autre technique industrielle est la galvanisation réalisée par immersion de la pièce en acier dans un bain de zinc fondu.
3. Embellissement
a. Argenture d’un objet métallique
Pour argenter un objet métallique (seau à champagne, couverts…) on utilise cet objet en tant que cathode pour permettre à la solution électrolytique de sulfate d’argent acidifiée de donner l’argent solide par réduction des ions Ag+. Pour l’anode, le graphite convient.
b. Equations de la transformation

c. Obtention de la pièce argentée
Toutes sortes de métaux peuvent être argentés (fer, acier…) par électrolyse.
4. Récupération
a. Expérience de préparation de l’aluminium par électrolyse
La solution électrolytique est un mélange d’alumine Al2O3 et la cryolithe qui n’est pas électroactif.
L’alumine se décompose : Al2O3 = 2Al3+ + 3O2-.
Puis, l’aluminium se forme à la cathode : Al3+(aq) + 3e- = Al(s).
L’anode en carbone est consommée par la réaction anodique au cours duquel il se dégage du dioxyde de carbone : C + 2O2- = CO2 + 4e-.
b. Equations de la transformation
c. Récupération du métal
Ainsi l’électrolyse de l’alumine permet la récupération de l’aluminium métal qui aura de nombreuses applications (papier aluminium, fenêtre, voitures…).
d. Expérience de préparation du dichlore

L’électrolyse d’une solution de chlorure de sodium permet l’oxydation des ions chlorure qui se transforment en dichlore gazeux et la réduction de l’eau (couple H2O/HO-).

Il faut prendre des précautions car si le dichlore (Cl2) réagit avec la soude (ions hydroxydes présents), alors il y a production d’eau de Javel, c'est-à-dire d’un mélange d’ions hypochlorite et d’ions chlorure. On empêche donc cette réaction par récupération du dichlore au fur et à mesure de sa production.


f. Récupération du gaz dichlore

Il existe plusieurs procédés industriels pour réaliser cette électrolyse. Mais le procédé de la membrane qui sépare les deux compartiments anodiques et cathodiques en ne laissant passer que les cations sodium est le plus utilisé.

Le dichlore est utilisé dans la fabrication de nombreux produits intermédiaires notamment dans la production de PVC, dans la synthèse de médicaments ou de produits phytosanitaires.

L’essentiel

Toutes ces phases de purification, de protection, d’embellissement ou de récupération sont utilisées à des échelles industrielles et permettent de séparer de nombreux constituants pour les utiliser dans différents autres produits.
On peut différencier les procédés à anode soluble, ceux de recouvrement cathodique et les derniers à électrodes inertes.
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