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Electrolyse de l'alumine
Bonjour !
Voila, je bute encore sur un exercice.. :S
L'énoncé le voila, mes réponses seront plus bas (je n'arrive pas a partir de la question 4 :/)
Exercice 14 : Électrolyse de l'alumine
L'aluminium est préparé par électrolyse d'un bain que l'on considère, en première approximation, comme
un mélange de deux composés : L'alumine Al2O3 et la « cryolithe ›› (AlF3,3NaF). Une étude simplifiée de
l'électrolyse conduit à considérer la cryolithe comme un simple solvant (il n'est pas électroactif), dans lequel
l'alumine se décompose selon la réaction d”équation :
Al203 -› 2Al3+ + 302-
L'anode est en carbone. Elle est consommée par la réaction anodique : au cours du processus électrolytique,
il s'y dégage du dioxyde de carbone CO2. La réaction anodique a pour équation :
C(S) + 202- = CO2(g) + 4e-
L'aluminium se forme à la cathode.
Une cuve d'électrolyse classique possède, en France, 18 anodes plates de 350 x 650mm chacune. La densité
de courant fournie aux électrodes vaut : j = 1,0 A.cm-2 ; la différence de potentiel appliquée entre les bornes
vaut U = 4,4 V. On précise qu'une électrode de surface totale S, parcourue par un courant d'intensité I, est
traversée par une densité de courant : j = I / S . Le rendement électrochimique de la cuve est de 90%.
1. a) Quelle est l'équation de la réaction qui se déroule à la cathode ?
b) Écrire l'équation globale de la réaction d'électrolyse.
2. Calculer l'intensité totale I du courant traversant la cuve.
3. Calculer la quantité de matière d'aluminium contenue dans 1,0 kg de ce métal.
4. Dresser un tableau descriptif de l'évolution du système chimique à la cathode et déterminer, compte
tenu du rendement électrochimique, la quantité d°électricité qu°il est nécessaire d'échanger à la cathode pour
y récupérer 1,0 mol, puis 1,0 kg d”aluminium.
5. a) Donner l'expression littérale de W, l'énergie électrique totale consommée par la cuve, en fonction
de U et Qc.
b) En déduire l'énergie électrique à fournir à la cuve pour fabriquer 1,0 kg d'aluminium.
6. Compte tenu du rendement électrochimique, chiffrer la perte d'énergie électrique ayant lieu au cours
du processus.
1.a) Al3+(aq) + 3e- = Al(s)
b) 2Al2O3(aq) + 3C(s) = 4Al(s) + 3CO2(g)
2. I = j * S = 1,0 * (3,50 * 6,50) * 18 = 4,1.102 A
3. nAl = mAl / MAl = 1000 / 27 = 37 mol
4. Tableau d'avancement :
| 2Al2O3(aq) | 3C(s) | = 4Al(s) | 3CO2(g) |
| n2Al[sub]2O3[/sub] | nC | 0 | 0 |
| n2Al[sub]2O3[/sub] - 2 xf | nC - 3 xf | 4 xf | 3 xf |
Après...
Je vous remercie par avance si vous pouvez m'aider
on te demande le tableau d'avancement de la reaction a la cathode et non pas les tableau d'avancement de la reaction totale
Le problème c'est que je trouve pas la quantité de matière nAl3+ ...
Parce que je sais que nAl3+= 3n(e-)
Après j'utilise la formule
Qmax = n(e-)max * cste de Faraday
L'aluminium est préparé par électrolyse d'un bain que l'on considère, en première approximation, comme
un mélange de deux composés : L'alumine Al2O3 et la « cryolithe ›› (AlF3,3NaF). Une étude simplifiée de
l'électrolyse conduit à considérer la cryolithe comme un simple solvant (il n'est pas électroactif), dans lequel
l'alumine se décompose selon la réaction d”équation :
Al203 -› 2Al3+ + 302-
L'anode est en carbone. Elle est consommée par la réaction anodique : au cours du processus électrolytique,
il s'y dégage du dioxyde de carbone CO2. La réaction anodique a pour équation :
C(S) + 202- = CO2(g) + 4e-
L'aluminium se forme à la cathode.
Une cuve d'électrolyse classique possède, en France, 18 anodes plates de 350 x 650mm chacune. La densité
de courant fournie aux électrodes vaut : j = 1,0 A.cm-2 ; la différence de potentiel appliquée entre les bornes
vaut U = 4,4 V. On précise qu'une électrode de surface totale S, parcourue par un courant d'intensité I, est
traversée par une densité de courant : j = I / S . Le rendement électrochimique de la cuve est de 90%.
1. a) Quelle est l'équation de la réaction qui se déroule à la cathode ?
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b) Écrire l'équation globale de la réaction d'électrolyse.
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2. Calculer l'intensité totale I du courant traversant la cuve.
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I=18*2*35*65=81900 A (rem: Les électrodes on deux faces)
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3. Calculer la quantité de matière d'aluminium contenue dans 1,0 kg de ce métal.
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n(Al)=m(Al)/M(AL)=1000/27=37.04 mol
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4. Dresser un tableau descriptif de l'évolution du système chimique à la cathode et déterminer, compte
tenu du rendement électrochimique, la quantité d°électricité qu'il est nécessaire d'échanger à la cathode pour
y récupérer 1,0 mol, puis 1,0 kg d”aluminium.
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n(Al)=Q/(3F) ==> Q=3*F*1=3*95480 C=286440 C
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5. a) Donner l'expression littérale de W, l'énergie électrique totale consommée par la cuve, en fonction de U et Qc.
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W=Qc*U\r où r est le rendement électrochimique de la cuve
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b) En déduire l'énergie électrique à fournir à la cuve pour fabriquer 1,0 kg d'aluminium.
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We=Qc*U
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6. Compte tenu du rendement électrochimique, chiffrer la perte d'énergie électrique ayant lieu au cours
du processus.
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r=90% est le rendement électrochimique de la cuve donc perte de 10% d'énergie électrique (effet joule, polarisations d'électrodes...)
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