Le courant électrique peut faire quelque chose d'étonnant : il peut décomposer un composé. Faites passer un courant dans un composé fondu ou dissous, et il se scinde en ses éléments_elems.…
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4.1
Electrolysis · Électrolyse
Syllabus · Programme
English
Core
Supplement
1 Define electrolysis as the decomposition of an ionic compound, when molten or in aqueous solution, by the passage of an electric current
8 Describe the transfer of charge during electrolysis to include: (a) the movement of electrons in the external circuit (b) the loss or gain of electrons at the electrodes (c) the movement of ions in the electrolyte
2 Identify in simple electrolytic cells: (a) the anode as the positive electrode (b) the cathode as the negative electrode (c) the electrolyte as the molten or aqueous substance that undergoes electrolysis
3 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of: (a) molten lead(II) bromide (b) concentrated aqueous sodium chloride (c) dilute sulfuric acid using inert electrodes made of platinum or carbon/graphite
9 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of aqueous copper(II) sulfate using inert carbon/graphite electrodes and when using copper electrodes
4 State that metals or hydrogen are formed at the cathode and that non-metals (other than hydrogen) are formed at the anode
5 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a binary compound in the molten state
10 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a halide compound in dilute or concentrated aqueous solution
11 Construct ionic half-equations for reactions at the anode (to show oxidation) and at the cathode (to show reduction)
6 State that metal objects are electroplated to improve their appearance and resistance to corrosion
7 Describe how metals are electroplated
Français
Fondamental
Supplémentaire
1 Définir l'électrolyse comme la décomposition d'un composé ionique, lorsqu'il est fondu ou en solution aqueuse, par le passage d'un courant électrique
8 Décrire le transfert de charge lors de l'électrolyse en incluant : (a) le mouvement des électrons dans le circuit externe (b) la perte ou le gain d'électrons aux électrodes (c) le mouvement des ions dans l'électrolyte
2 Identifier dans des cellules électrolytiques simples : (a) l'anode comme l'électrode positive (b) la cathode comme l'électrode négative (c) l'électrolyte comme la substance fondue ou aqueuse subissant l'électrolyse
3 Identifier les produits formés aux électrodes et décrire les observations faites lors de l'électrolyse de : (a) bromure de plomb(II) fondu (b) chlorure de sodium aqueux concentré (c) acide sulfurique dilué utilisant des électrodes inertes en platine ou carbone/graphite
9 Identifier les produits formés aux électrodes et décrire les observations faites lors de l'électrolyse de sulfate de cuivre(II) aqueux en utilisant des électrodes inertes en carbone/graphite et lorsque des électrodes en cuivre sont utilisées
4 Affirmer que les métaux ou l'hydrogène sont formés à la cathode et que les non-métaux (autre que l'hydrogène) sont formés à l'anode
5 Prédire l'identité des produits à chaque électrode pour l'électrolyse d'un composé binaire à l'état fondu
10 Prédire l'identité des produits à chaque électrode pour l'électrolyse d'un halogénure en solution aqueuse diluée ou concentrée
11 Construire les demi-équations ioniques pour les réactions à l'anode (montrant l'oxydation) et à la cathode (montrant la réduction)
6 Affirmer que les objets métalliques sont plaqués électrolytiquement pour améliorer leur apparence et leur résistance à la corrosion
7 Décrire comment les métaux sont plaqués électrolytiquement
Source: Cambridge International syllabus · Source : Programme Cambridge International
English
Electrolysis: ions discharge at the electrodes
Electrolysis 电解 is the breaking down (decomposition 分解) of an ionic compound 离子化合物 — when it is molten 熔融 or in aqueous 水溶液 solution — by passing an electric current 电流 through it.
It only works when the substance is molten or dissolved, because then the ions 离子 are free to move and carry the charge. A solid ionic compound cannot be electrolysed because its ions are locked in place.
The electrolytic cell
The set-up is called an electrolytic cell 电解池. Two electrodes 电极 (solid conductors) dip into the electrolyte 电解质 — the molten or aqueous substance being broken down.
The anode 阳极 is the positive ($+$) electrode.
The cathode 阴极 is the negative ($-$) electrode.
The electrodes are often inert 惰性 (they do not react), such as platinum 铂 or carbon/graphite 石墨.
What is formed at each electrode
There is a simple rule:
Metals 金属 or hydrogen 氢气 are formed at the cathode.
Non-metals 非金属 (other than hydrogen) are formed at the anode.
For aqueous solutions, the product can depend on whether the solution is dilute 稀 or concentrated 浓. Here are the three Core examples:
Electrolyte
At the cathode ($-$)
At the anode ($+$)
molten lead(II) bromide, $\text{PbBr}_2$
lead 铅 (silvery liquid)
bromine 溴 (red-brown vapour)
concentrated aqueous sodium chloride
hydrogen (bubbles of gas)
chlorine 氯气 (pale green gas)
dilute sulfuric acid 硫酸
hydrogen (bubbles of gas)
oxygen 氧气 (bubbles of gas)
Worked example. Predict the products of electrolysing molten zinc chloride, $\text{ZnCl}_2$. Because it is molten, only zinc ions and chloride ions are present - there is no water to complicate things. Zinc is a metal, so it forms at the cathode: $\text{Zn}^{2+}$ ions gain electrons and silvery zinc appears. Chlorine is a non-metal, so it forms at the anode: pale green chlorine gas bubbles off. Always check the state first. A molten compound simply gives you its own two elements, while an aqueous one brings water into the competition - which is why concentrated sodium chloride solution gives hydrogen at the cathode rather than sodium.
How the charge moves
During electrolysis:
Electrons 电子 move through the wires (the external circuit 外电路) from the power supply.
At the cathode, positive ions gain electrons. Gaining electrons is reduction 还原.
At the anode, negative ions lose electrons. Losing electrons is oxidation 氧化.
Inside the electrolyte, the ions move: positive ions go to the cathode and negative ions go to the anode.
You can write a half-equation 半反应式 for each electrode. For molten lead(II) bromide:
The product at the anode depends on the electrode:
With inert carbon electrodes: copper 铜 forms at the cathode and oxygen forms at the anode. The blue colour of the solution slowly fades as copper is removed.
With copper electrodes: copper forms at the cathode, while the anode itself dissolves into the solution. The blue colour stays the same. This is used to purify copper.
Electroplating
Electroplating 电镀 means covering a metal object with a thin layer of another metal. This improves its appearance and its resistance to corrosion 腐蚀 (rusting and wearing away).
To electroplate an object:
the object to be coated is made the cathode;
the plating metal is made the anode;
the electrolyte is a solution containing ions of the plating metal.
Français
Électrolyse : décharge des ions aux électrodes
Électrolyse 电解 est la décomposition (décomposition 分解) d'un composé ionique 离子化合物 — lorsqu'il est fondu 熔融 ou en solution aqueuse 水溶液 — par le passage d'un courant électrique 电流 à travers lui.
Une cellule d'électrolyse décompose un composé en utilisant un courant électrique.
Cela ne fonctionne que lorsque la substance est fondue ou dissoute, car alors les ions 离子 sont libres de bouger et de transporter la charge. Un composé ionique solide ne peut pas être électrolysé car ses ions sont bloqués en place.
Électrolyse de l'eau : des bulles de gaz se dégagent à chaque électrode et se collectent dans les tubes au-dessus, avec environ deux fois plus d'hydrogène que d'oxygène
La cellule d'électrolyse
Le montage s'appelle une cellule d'électrolyse 电解池. Deux électrodes 电极 (conducteurs solides) plongent dans l'électrolyte 电解质 — la substance fondue ou aqueuse qui est décomposée.
L'anode 阳极 est l'électrode positive ($+$).
La cathode 阴极 est l'électrode négative ($-$).
Les électrodes sont souvent inertes 惰性 (elles ne réagissent pas), comme le platine 铂 ou le carbone/le graphite 石墨.
Ce qui se forme à chaque électrode
Il y a une règle simple :
Des métaux et de l'hydrogène se forment à la cathode ; des non-métaux à l'anode
Metals 金属 ou hydrogène 氢气 se forment à la cathode.
Non-métaux 非金属 (à l'exception de l'hydrogène) se forment à l'anode.
Pour les solutions aqueuses, le produit peut dépendre de la solution soit dilué 稀 ou concentré 浓. Voici les trois exemples clés :
Électrolyte
À la cathode ($-$)
À l'anode ($+$)
bromure de plomb(II) fondu, $\text{PbBr}_2$
plomb 铅 (liquide argenté)
brome 溴 (vapeur rouge-brun)
chlorure de sodium aqueux concentré
hydrogène (bulles de gaz)
chlore 氯气 (gaz vert pâle)
acide sulfurique dilué 硫酸
hydrogène (bulles de gaz)
oxygène 氧气 (bulles de gaz)
Exemple résolu. Prédire les produits de l'électrolyse du chlorure de zinc fondu, $\text{ZnCl}_2$. Comme il est fondu, seuls les ions zinc et les ions chlorure sont présents - il n'y a pas d'eau pour compliquer les choses. Le zinc est un métal, donc il se forme à la cathode : $\text{Zn}^{2+}$ ions gagnent des électrons et du zinc argenté apparaît. Le chlore est un non-métal, donc il se forme à l'anode : du gaz chlore vert pâle dégagement par bulles. Vérifiez toujours l'état d'abord. Un composé fondu vous donne simplement ses deux éléments, tandis qu'un composé aqueux fait entrer l'eau en compétition - c'est pourquoi une solution de chlorure de sodium concentrée donne de l'hydrogène à la cathode plutôt que du sodium.
Comment la charge se déplace
Pendant l'électrolyse :
Électrons 电子 circulent dans les fils (le circuit externe 外电路) depuis l'alimentation électrique.
À la cathode, les ions positifs gagnent des électrons. Gagner des électrons est une réduction 还原.
À l'anode, les ions négatifs perdent des électrons. Perdre des électrons est une oxydation 氧化.
À l'intérieur de l'électrolyte, les ions bougent : les ions positifs vont vers la cathode et les ions négatifs vers l'anode.
Vous pouvez écrire une équation demi-électrode 半反应式 pour chaque électrode. Pour le bromure de plomb(II) fondu :
Dans le bromure de plomb(II) fondu, $\text{Pb}^{2+}$ se déplace vers la cathode et $\text{Br}^-$ vers l'anode, où chacun est déchargé
Électrolyse du sulfate de cuivre(II)
Le produit à l'anode dépend de l'électrode :
Avec des électrodes de carbone inertes : cuivre 铜 se forme à la cathode et oxygène se forme à l'anode. La couleur bleue de la solution s'estompe lentement alors que le cuivre est retiré.
Avec des électrodes de cuivre : le cuivre se forme à la cathode, tandis que l'anode elle-même se dissout dans la solution. La couleur bleue reste la même. Cela est utilisé pour purifier le cuivre.
Galvanoplastie
Galvanoplastie 电镀 signifie recouvrir un objet métallique d'une fine couche d'un autre métal. Cela améliore son apparence et sa résistance à la corrosion 腐蚀 (rouille et usure).
Pour galvaniser un objet :
l'objet à revêtir est rendu cathode ;
le métal de revêtement est rendu anode ;
l'électrolyte est une solution contenant des ions du métal de revêtement.
Pour électrodéposer, faites de l'objet la cathode et du métal de revêtement l'anode, dans une solution d'ions du métal de revêtement
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À l'intérieur d'une cellule d'électrolyse
Choisissez un électrolyte et observez le mouvement des ions : les ions positifs vers la cathode, les ions négatifs vers l'anode.
It is useful to compare a fuel cell with a normal petrol (gasoline) engine in a vehicle.
Hydrogen–oxygen fuel cell
Petrol engine
Main product
water only
carbon dioxide and pollutants 污染物
Effect on air
clean
adds to air pollution
Fuel storage
hydrogen is hard and dangerous to store (flammable, needs high pressure)
petrol is easy to store
Source
hydrogen may be made using fossil fuels
made from crude oil
Advantages of the fuel cell: the only product is water, so it does not pollute the air, and it changes chemical energy into electricity efficiently. Disadvantages: hydrogen is hard to store and transport safely, and producing the hydrogen can still use energy from fossil fuels.
Français
Une pile à combustible 燃料电池 utilise l'hydrogène et l'oxygène pour produire directement de l'électricité. Le seul produit chimique est l'eau.
Une pile à combustible hydrogène-oxygène convertit l'énergie chimique directement en électricité, avec l'eau comme seul produit
Il est utile de comparer une pile à combustible avec un moteur à essence (essence) normal dans un véhicule.
Pile à combustible hydrogène-oxygène
Moteur à essence
Produit principal
uniquement de l'eau
dioxyde de carbone et polluants 污染物
Effet sur l'air
propre
augmente la pollution de l'air
Stockage du carburant
l'hydrogène est difficile et dangereux à stocker (inflammable, nécessite haute pression)
l'essence est facile à stocker
Source
l'hydrogène peut être fabriqué à partir de combustibles fossiles
fabriqué à partir de pétrole brut
Avantages de la pile à combustible : le seul produit est l'eau, donc cela ne pollue pas l'air, et elle convertit efficacement l'énergie chimique en électricité. Inconvénients : l'hydrogène est difficile à stocker et transporter en toute sécurité, et la production de l'hydrogène peut encore utiliser l'énergie des combustibles fossiles.
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À l'intérieur d'une pile à combustible hydrogène-oxygène
Passez étape par étape à travers une pile à combustible. L'hydrogène et l'oxygène se combinent pour former de l'eau, et l'énergie de cette réaction est libérée sous forme d'électricité — sans dioxyde de carbone.
At the cathode (negative) you get a metal or hydrogen; at the anode (positive) you get a non-metal. Positive ions move to the cathode, negative ions to the anode.
A molten compound just gives its two elements. An aqueous solution can give something different (concentrated sodium chloride gives hydrogen and chlorine, not sodium).
Reduction is gain of electrons (at the cathode); oxidation is loss of electrons (at the anode). Remember OIL RIG.
In a half-equation the atoms and the charges must balance, with the electrons on the correct side: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cathode).
To electroplate an object, make it the cathode, make the plating metal the anode, and use a solution containing ions of the plating metal.
Français
À la cathode (négative) vous obtenez un métal ou de l'hydrogène ; à l'anode (positive) vous obtenez un non-métal. Les ions positifs se déplacent vers la cathode, les ions négatifs vers l'anode.
Un composé fondu donne simplement ses deux éléments. Une solution aqueuse peut donner quelque chose de différent (chlorure de sodium concentré donne hydrogène et chlore, pas de sodium).
Réduction est gain d'électrons (à la cathode) ; oxydation est perte d'électrons (à l'anode). Rappelez-vous OIL RIG.
Dans une équation demi-électrode, les atomes et les charges doivent être équilibrés, avec les électrons du bon côté : $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cathode).
Pour galvaniser un objet, faites-le être la cathode, faites du métal de revêtement l'anode, et utilisez une solution contenant des ions du métal de revêtement.
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