Obtenir du dihydrogène par électrolyse de l'eauMéthode

Le dihydrogène \ce{H2} est un gaz assez rare, il faut donc le produire pour s'en servir comme source d'énergie. L'électrolyse de l'eau est l'une des méthodes d'extraction du dihydrogène disponible aujourd'hui. Une eau, alimentée par un fort courant, peut produire du dihydrogène par une réaction d'oxydoréduction des deux couples en solution.

On alimente une solution électrolytique contenant de l'eau avec un courant de 100 A pendant 1 h. Déterminer la quantité de matière de dihydrogène produite.

Données :

  • Couples de l'eau : \ce{O2/H2O} et \ce{H+/H2}
  • Le Faraday : 1F=96\ 500 C.mol−1
Etape 1

Rappeler les réactions se produisant aux électrodes

Lors d'une électrolyse, il se produit :

  • Une réduction à la cathode
  • Une oxydation à l'anode

On écrit les demi-équations électroniques des deux couples de l'eau en présence.

Lors de l'électrolyse, deux réactions sont présentes :

  • À la cathode, une réduction : \ce{2H+}+2e^-\ce{->}\ce{H2}
  • À l'anode, une oxydation : \ce{H2O}\ce{->}\ce{1/2O2}+\ce{2H+}+2e^-
Etape 2

Rappeler les deux expressions permettant de déterminer la quantité de charge Q

On rappelle que lors d'une électrolyse, la quantité de charges Q échangée peut être exprimée par deux relations :

  • Q=I\times\Delta t avec I l'intensité (en A) et \Delta t la durée (en s)
  • Q=n_e \times F avec n_e le nombre de moles d'électrons (en mol) et F le Faraday (en C.mol−1)

La quantité de charges Q échangée peut être exprimée par deux relations :

  • Q=I\times\Delta t avec I l'intensité et \Delta t la durée
  • Q=n_e \times F avec n_e le nombre de moles d'électrons et le Faraday
Etape 3

En déduire l'expression du nombre de moles d'électrons échangés

À partir des relations précédentes, on exprime le nombre de moles d'électrons échangées n_e :

Q=I\times\Delta t=n_e\times F

Soit :

n_e=\dfrac{I \times \Delta t}{F}

Le nombre de moles échangées est :

Q=I\times\Delta t=n_e\times F

Soit :

n_e=\dfrac{I \times \Delta t}{F}

Etape 4

Exprimer la quantité de matière n\left(\ce{H2}\right) en fonction de n_e

On exprime la quantité de matière de dihydrogène formée en fonction du nombre de moles d'électrons échangées en tenant compte de la demi-équation rédox :

\ce{2H+}+2e^-\ce{->}\ce{H2}

D'où :

\dfrac{n\left(\ce{H2}\right)}{1}=\dfrac{n_e}{2}

Avec la demi-équation, on obtient le nombre de moles de dihydrogène en fonction du nombre de moles d'électrons échangées :

\ce{2H+}+2e^-\ce{->}\ce{H2}

Soit :

n\left(\ce{H2}\right)=\dfrac{n_e}{2}

Etape 5

Exprimer la quantité de matière de dihydrogène n\left(\ce{H2}\right) formée en fonction de I et \Delta t

On écrit alors :

n\left(\ce{H2}\right)=\dfrac{I \times \Delta t}{2F}

Le résultat s'exprime en moles.

On a donc :

n\left(\ce{H2}\right)=\dfrac{I \times \Delta t}{2F}

Etape 6

Calculer la quantité de matière de dihydrogène n\left(\ce{H2}\right) formée

On effectue l'application numérique pour calculer la quantité de matière de dihydrogène formée.

La quantité de matière de dihydrogène formée est donc :

n\left(\ce{H2}\right)= \dfrac{100 \times 3\ 600}{2\times 96\ 500}

n\left(\ce{H2}\right)= 1{,}87 mol

Questions fréquentes

Quelles sont les matières disponibles sur Kartable ?

Sur Kartable, l'élève accède à toutes les matières principales de la primaire au lycée, y compris pour les spécialités et les options. Mathématiques, physique-chimie, SVT, sciences, français, littérature, histoire, géographie, enseignement moral et civique, SES, philosophie, anglais, allemand et espagnol.
Inscrivez-vous

Les cours sont-ils conformes aux programmes officiels de l'Education nationale ?

L'intégralité des cours sur Kartable est rédigée par des professeurs de l'Éducation nationale et est conforme au programme en vigueur, incluant la réforme du lycée de l'année 2019-2020.
Choisissez votre formule

L'élève peut-il accéder à tous les niveaux ?

Sur Kartable, l'élève peut accéder à toutes les matières dans tous les niveaux de son choix. Ainsi, il peut revenir sur les notions fondamentales qu'il n'aurait pas comprises les années précédentes et se perfectionner.
Plus d'info

Kartable est-il gratuit ?

L'inscription gratuite donne accès à 10 contenus (cours, exercices, fiches ou quiz). Pour débloquer l'accès illimité aux contenus, aux corrections d'exercices, mode hors-ligne et téléchargement en PDF, il faut souscrire à l'offre Kartable Premium.
Plus d'info

Qui rédige les cours de Kartable ?

L'intégralité des contenus disponibles sur Kartable est conçue par notre équipe pédagogique, composée de près de 200 enseignants de l'Éducation nationale que nous avons sélectionnés.
Afficher plus

Qu'est ce que le service Prof en ligne ?

L'option Prof en ligne est un service de chat en ligne entre élèves et professeurs. Notre Prof en ligne répond à toutes les questions sur les cours, exercices, méthodologie et aide au devoirs, pour toutes les classes et dans toutes les matières. Le service est ouvert du lundi au vendredi de 16h à 19h pour les membres ayant souscrit à l'option.
Choisissez votre formule