15.E21 : Électrolyse du bromure de cuivre

Données sur les espèces chimiques

Le cuivre solide \(\ce{Cu(s)}\) est de couleur rougeâtre.

Les ions cuivre II en solution aqueuse \(\ce{Cu^2+(aq)}\) ont une couleur bleue.

Le dibrome en solution aqueuse \(\ce{Br2(aq)}\) a une couleur brune.

L'équation de la réaction chimique \(\ce{Cu(s) + Br2(aq) ⇆ Cu^2+(aq) + 2 Br–(aq)}\) a une constante d'équilibre \(K = \pu{1,2E25}\).

A Expérience n° 1

On plonge un petit morceau de cuivre dans une solution de dibrome.

A.1 Donner l'équation de la réaction qui se produit.

A.2 Donner l'expression du quotient de réaction.

A.3 Calculer sa valeur dans l'état initial.

A.4 En déduire le sens d'évolution spontané de la réaction.

A.5 Lister les observations que l'on devrait faire lors de l'expérience.

B Expérience n° 2

On réalise l'électrolyse d'une solution aqueuse de bromure de cuivre II avec des électrodes inattaquables en graphite. Le schéma du dispositif et les observations sont données dans le schéma ci-dessous.

B.1 Lister les espèces chimiques initialement présentes en solution.

B.2 A partir des observations, indiquer :

- la demi-équation qui se produit au niveau de l'électrode de droite ;
- la demi-équation qui se produit au niveau de l'électrode de gauche ;
- le sens de déplacements des électrons dans les fils ;
- le sens du courant et les bornes + et – du générateur.

B.3 En déduire l'équation de la réaction associée à l'électrolyse.

Afficher la correction

A.1

L'équation de la réaction est \(\ce{Cu(s) + Br2(aq) ⇆ Cu^2+(aq) + 2 Br–(aq)}\).

A.2

\(Q_r = \dfrac{\left(\dfrac{[\ce{Cu^2+}]}{c^0}\right)^1 × \left(\dfrac{[\ce{Br^–}]}{c^0}\right)^2}{1^1 × 1^1}\)

A.3

En \(\pu{mol*L-1}\) on obtient :

\(\begin{align} Q_{r,i} &= [\ce{Cu^2+}]_i × [\ce{Br^–}]_i^2 \\ &= \pu{0} \end{align}\)

A.4

\(Q_{r,i} < K\) donc la réaction se fait dans le sens direct.

A.5

La consommation du dibrome \(\ce{Br2}\) devrait conduire à une diminution (voir une disparition si le réactif est en défaut) de la coloration brune de la solution.

La quantité de cuivre solide devrait diminuer (voir disparaitre si le réactif est en défaut).

La solution devrait prendre, petit à petit, une coloration bleue due à la formation des ions \(\ce{Cu^2+}\).

B.1

Les espèces chimiques initialement présentes sont : les ions bromure \(\ce{Br^–}\) et les ions cuivre \(\ce{Cu^2+}\).

B.2

Électrode de droite :

La coloration brune de la solution montre la formation de dibrome \(\ce{Br2(aq)}\).
La demi-équation est : \(\ce{2 Br^–(aq) = Br2(aq) + 2 e^–}\).
Les électrons quittent cette électrode.

Électrode de gauche :

Le dépôt rougeâtre sur l'électrode montre la formation de cuivre \(\ce{Cu(s)}\).
La demi-équation est : \(\ce{Cu^2+(aq) + 2 e^– = Cu(s)}\)
Les électrons arrivent à cette électrode.

Courant et bornes du générateur :

On vient de voir que les électrons arrivent au générateur par la droite et en repartent par la gauche.
Donc le courant sort du générateur par la droite.
Donc la borne + est à droite et la borne – est à gauche.

B.3

L'équation est : \(\ce{Cu^2+(aq) + 2 Br–(aq) -> Cu(s) + Br2(aq)}\).