Ch07 – Oxydoréduction | Terminale ICCER | ⏱ 1 h (séance TP)
Dernière mise à jour : 3 juin 2026
Si on plonge 2 plaques de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre CuSO₄ et qu'on les relie à une pile, qu'observe-t-on ?
Du cuivre se dissout de la plaque connectée au + (anode, oxydation Cu → Cu²⁺ + 2e⁻) et se redépose sur la plaque connectée au - (cathode, réduction Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu).
Bilan : transfert de masse de la plaque anode vers la plaque cathode. La masse totale est conservée, la concentration en Cu²⁺ ne change pas (régime stationnaire).
C'est le principe industriel du raffinage électrolytique du cuivre : on dépose à la cathode du cuivre 99,99 % pur à partir d'anodes brutes 99 %. Les impuretés (Au, Ag, Pt) restent au fond du bain (« boues anodiques »), revendues séparément à fort prix.
Peser les deux plaques de cuivre à 0,01 g près. Noter m_anode_0 et m_cathode_0.
| Plaque | Masse initiale (g) |
|---|---|
| Anode (+) | m_a_0 = 18,42 |
| Cathode (−) | m_c_0 = 18,58 |
Connecter le montage selon schéma. Régler 2,0 V au générateur pour obtenir ~ 0,5 A.
Démarrer le chronomètre + générateur. Noter l'intensité toutes les 2 min (peut varier).
| t (min) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I (A) | 0,52 | 0,51 | 0,50 | 0,50 | 0,49 | 0,49 | 0,49 | 0,48 | 0,48 | 0,48 | 0,47 |
Arrêter le générateur. Sortir les plaques, rincer doucement à l'eau distillée, sécher à l'air ou avec papier doux. Peser.
| Plaque | Masse finale (g) | Δm (g) |
|---|---|---|
| Anode (+) | 18,21 | −0,21 (perte) |
| Cathode (−) | 18,77 | +0,19 (gain) |
Écrire les demi-équations aux deux électrodes.
Anode + : Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2 e⁻ (oxydation)
Cathode − : Cu²⁺(aq) + 2 e⁻ → Cu(s) (réduction)
Bilan : Cu(anode) → Cu(cathode). Transfert net de cuivre.
Conservation : Δm anode = -Δm cathode (au signe près). Idéalement : 0,21 = 0,19 ? Pas exactement → analyser le rendement.
Calcul de la charge écoulée Q = I_moyen × t.
I_moyen = (0,52 + 0,51 + 0,50 + ... + 0,47) / 11 = 0,492 A ≈ 0,49 A.
t = 20 min = 1 200 s.
Q = I_moyen × t = 0,49 × 1 200 = 588 C.
Masse théorique de cuivre déposé selon Faraday.
m_théorique = M × Q / (n × F).
M(Cu) = 63,5 g/mol. n = 2 électrons par Cu²⁺. F = 96 485 C/mol.
m_théorique = 63,5 × 588 / (2 × 96 485) = 37 338 / 192 970 = 0,193 g.
Soit 193 mg. Mesure cathode : 190 mg (0,19 g). Très proche !
Rendement faradique côté cathode et côté anode.
η_cathode = m_dépot / m_théorique = 0,19 / 0,193 = 98 %.
η_anode = m_dissolution / m_théorique = 0,21 / 0,193 = 109 %.
Le rendement cathode est cohérent (< 100 % à cause de pertes par dégagement H₂ parasite).
Le rendement anode > 100 % suggère une dissolution chimique supplémentaire (le Cu peut aussi se dissoudre lentement dans la solution acidifiée par CuSO₄, sans courant). Ou erreur de pesée.
Que peut-on dire de la concentration de Cu²⁺ dans le bécher après électrolyse ?
Théoriquement : la concentration reste constante. Pour chaque Cu²⁺ qui devient Cu à la cathode, un nouveau Cu²⁺ apparaît à l'anode. Bilan : pas de variation.
Couleur bleue de la solution : aucune modification observable.
Si on remplaçait l'anode cuivre par une anode inerte (graphite) : l'anode ne se dissoudrait pas, et la concentration Cu²⁺ diminuerait progressivement. La couleur s'estomperait.
C'est pourquoi en raffinage industriel, on utilise toujours des anodes solubles : le bain se maintient en équilibre, peut fonctionner pendant des mois.
Pourquoi le courant diminue-t-il légèrement au cours du temps (0,52 → 0,47 A) ?
Plusieurs causes possibles :
Variation 10 % en 20 min, raisonnable. Pour un TP rigoureux, on garderait constant en réglant la tension à intervalle régulier.
Sources d'incertitude principales.
Incertitude cumulée sur η : ~ 15-20 %. Notre résultat 98 % est donc dans la fourchette acceptable (80-120 %).
Bonne pratique : sécher les plaques à l'étuve 30 min à 80 °C avant pesée.
Compte rendu TP.
Compte rendu TP — Électrolyse Cu²⁺ / Cu
• Électrolyse 20 min sous 0,49 A moyen, solution CuSO₄ 0,5 mol/L.
• Anode : Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ (perte 0,21 g). Cathode : Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (gain 0,19 g).
• Faraday : m_théo = M·I·t/(n·F) = 0,193 g. Mesuré : 0,19 g.
• Rendement faradique cathode : 98 %. Conforme attendu.
• Conservation matière : transfert de l'anode vers la cathode. Bain inchangé.
• Incertitude pesée + plaques humides : 5-15 %.
Le cuivre extrait des mines (Chili, Pérou, Congo) est purifié à 99 % par fonderie pyrométallurgique. Mais l'industrie électrique (câbles, bobines, alternateurs) exige 99,99 % minimum pour minimiser les pertes par effet Joule.
D'où le raffinage électrolytique. Procédé :
À l'anode, les impuretés se comportent différemment :
Les boues anodiques sont récupérées et raffinées séparément. Sur 100 kg d'anode, on récupère typiquement 100 g d'or et 1 kg d'argent. Cette plus-value finance une bonne partie du procédé.
Capacité mondiale 2024 : 26 millions de tonnes de Cu raffiné/an. Codelco (Chili) : 1,4 Mt.
📚 §1 (oxydoréduction) + §2 (demi-équations) de la leçon Ch07.