(3) Caractéristique intensité – tension d'un électrolyseur
I. Manipulation
On dispose du matériel suivant :
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1 générateur de tension continue réglable, des fils de connexion
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1 rhéostat 100 Ω (Imax = 1,85 A)
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1 électrolyseur à électrodes en acier inoxydable contenant une
solution
d’hydroxyde de sodium de concentration 10 mol/L (GANTS + LUNETTES)
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2 tubes à essais
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2 multimètres
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1 pile de 9 V.
1. Schématiser le montage électrique comprenant le générateur, le
rhéostat
et l’électrolyseur branchés en série ; ajouter un voltmètre pour
mesurer la tension aux bornes de l’électrolyseur UAB et un
ampèremètre
pour mesurer l'intensité du courant I.
2. Indiquer les calibres utilisés pour le voltmètre et
l’ampèremètre
sachant que : 0 V ≤ UAB ≤ 9 V
et 0 A ≤ I ≤ 2 A.
3. Réaliser le montage électrique, verser la solution de soude et
couvrir
chaque électrode d’un tube à essais rempli d’eau (GANTS +
LUNETTES) ; faire vérifier le montage par le professeur puis
relever différentes valeurs de I et UAB :
4. Représenter graphiquement UAB en fonction de I sur
papier
millimétré.
II. Modélisation
1. Que remarque-t-on lorsque l’électrolyse a lieu ? A partir
de
quelle tension UAB se produit-elle ?
2. Quel type de fonction permet de modéliser la
caractéristique lorsque ? La tracer.
3. Donner l’équation générale de cette fonction :
4. Déterminer graphiquement les paramètres de l’équation ;
préciser
leur unité :
5. Pour un électrolyseur, E' est appelée la force contre-électromotrice
de l’électrolyseur (lorsque I = 0) et r sa résistance interne.
Donner les valeurs de E' et de r pour l’électrolyseur étudié :
6. Établir l’expression de la tension UAB aux bornes de
l’électrolyseur
en fonction de E', r et I :
7. Identifier les gaz produits par l’électrolyseur. En déduire
l'équation chimique de l'électrolyse.
III. Application : calcul du rendement de l'électrolyseur
1. Alimenter maintenant l'électrolyseur avec la pile de 9 V.
Brancher un voltmètre pour mesurer UAB : UAB =
2. Déterminer à l'aide de la caractéristique l'intensité circulant dans
l'électrolyseur : I =
3. Rappeler l'expression de la puissance électrique Pe reçue
par
l'électrolyseur, puis exprimer Pe en fonction de Pc
et PJ, puissance
chimique et puissance Joule :
4. Calculer le rendement de l'électrolyseur dans ces conditions
d’utilisation : η =