Antilles 09-2007 Exercice n°3 (4points) : traitement des eFFLUENts ...

Antilles 09-2007 Exercice n°3 (4points) : traitement des eFFLUENts
industriels
Correction © http://labolycee.org
1.PRINCIPE
1.1.(0,25) L'électrodéposition du cuivre est une transformation forcée,
elle ne peut avoir lieu qu'à l'aide de l'apport d'énergie électrique du
générateur.

1.2.(0,25) Le dépôt de cuivre est une réaction de réduction, qui se déroule
à la cathode. Il a lieu sur l'électrode de carbone.
(0,125) Cu2+(aq) + 2 e- = Cu(s)

1.3. (0,125) L'électrode de titane est reliée à la borne positive du
générateur de courant, elle « pompe » les électrons libérés par une
réaction d'oxydation.

1.4. À l'anode, oxydation du réducteur H2O qui conduit à la formation de
l'oxydant O2 :
(0,25) 2 H2O(l) = O2(g) + 4 e- + 4 H+(aq)
(0,125) Couple oxydant/réducteur : O2(g) / H2O(l)

2.FONCTIONNEMENT EN CONTINU
2.1.(0,25) Cmo = [pic] donc m0 = Cmo.V0
m0 = 900,0 ( 300 = 2,70(105 mg = 270 g

2.2.(0,125) mf = Cmf.V0
mf = 30,0 ( 300 = 9,00(103 mg = 9,00 g
(0,125) mCu = m0 - mf
mCu = 261 g
2.3.(0,25) n = [pic]
En fin de rinçage, il reste mf = 9,00 g de cuivre sous forme de cations
Cu2+.
[pic] = 0,142 mol
Et il s'est déposé mCu = 261 g de cuivre métallique.
nCu = [pic] = 4,11 mol.
|2.4. | |2 Cu2+(aq)+ 2 H2O(l) = 2 Cu (s) + | |
|(0,375) | |O2 (g) + 4 H+ (aq) | |
|État |Avancement|Quantités de matières des espèces en|Quantité |
| | |jeu (mol) |d'électrons |
| |(mol) | |échangés (mol) |


initial |0 |n = 4,25 |excès |0 |0 |0 |0 | |intermédiaire |x |n - 2x |excès
|2x |x |4x |4x | |final |xf |n - 2xf =
0,142 |excès |2xf =
4,11 |xf |4xf |4xf | |2.5.(0,25) nCu = 2xf donc xf = nCu/2
xf = 4,11 / 2 = 2,055 mol
ou [pic] = n - 2xf alors 2xf = n - [pic] soit xf = [pic]
xf = [pic]= 2,054 mol
On retient xf = 2,05 mol.

2.6.(0,25) Lorsque la réaction a lieu une fois, ce sont 4 électrons qui
sont libérés à l'anode et consommés à la cathode.
Lorsque la réaction a lieu x mol de fois, ce sont 4x mol d'électrons qui
sont échangés.

2.7.(0,25) Q = [pic].F = 4xf.F

2.8. Q = I.(t donc I = [pic]
(0,5) I = [pic] avec (t en s
avec xf = 2,054 mol
I = [pic] = 36,7 A
avec xf = 2,055 mol
I = [pic]= 36,7 A
(0,125) donc I = 36,7 A.
Remarque : il est toujours préférable d'utiliser la valeur non arrondie de
xf.


3. INTÉRÊT PU PROCÉDÉ
3.1. D'après l'équation de précipitation [pic]
[pic]
[pic] = [pic]. [pic]
(0,25) [pic] = 4,11 ( (63,5 + 2(1,0 + 2(16,0) = 4,11 ( 97,5 = 4,0(102 g
Avec le procédé d'électrodéposition, on obtient mCu = 261 g de cuivre
solide.
(0,125) Avec le procédé de précipitation, on obtient 4,0(102 g d'hydroxyde
de cuivre solide, donc une masse plus importante.

3.2. Comparaison des deux procédés
3.2.1.(0,125) Avec le procédé de précipitation, il faudra extraire
l'hydroxyde de cuivre Cu(HO)2 des eaux de rinçage avant de le traiter
chimiquement.

3.2.2.(0,125) L'électrodéposition permet d'obtenir du cuivre métallique
très pur déposé sur l'électrode en carbone. Ce cuivre est un produit
directement utilisable.