Amérique du Sud 2007- exercice III. Corrosion et protection des métaux (4 points)








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Amérique du Sud 2007- EXERCICE III. Corrosion et protection des métaux (4 points)

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1. Exploitation de l'expérience réalisée dans la boîte de Pétri (1).

1.1. La coloration bleue sur la tête et la pointe du clou indique la formation d'ions fer (II) Fe2+(aq) .

La coloration rose dans la partie centrale du clou indique la formation d'ion HO(aq).

  1. Demi-équation électronique traduisant la transformation du métal fer aux extrémités du clou :

Fe (s) = Fe2+(aq) + 2 e (oxydation)

  1. Demi-équation électronique traduisant la transformation qui a lieu dans la partie centrale du clou:

O2 (dissous) + 2 H2O (l) + 4 e = 4 HO (aq) (réduction)
équation de la réaction d'oxydoréduction :

Fe (s) = Fe2+(aq) + 2 e ( 2)

O2 (dissous) + 2 H2O (l) + 4 e = 4 HO (aq)




2 Fe(s) + O2 (dissous) + 2 H2O (l) = 2 Fe2+(aq) + 4 HO (aq)


    1. Sur une zone anodique se produit une oxydation.

Sur une zone cathodique se produit une réduction.






2. Exploitation de l'expérience réalisée dans la boîte de Pétri n°2

2.1. La coloration blanche traduit la formation d'ions zinc (II) Zn2+(aq) selon l'oxydation suivante :
Zn (s) = Zn2+(aq) + 2 e (oxydation)
Le métal zinc est donc oxydé.

L’absence de la coloration bleue montre que le fer n’a pas été oxydé.


  1. Les blocs de zinc fixés sur la coque en acier des bateaux évitent l'oxydation du fer contenu dans l'acier. Le métal zinc est oxydé à la place de l'acier de la coque et cela assure une bonne protection de la coque du bateau.

2.3.1. La tension mesurée par le voltmètre est Uzn-acier = VZn – Vacier . Or cette tension est négative donc
VZn < Vacier.

En admettant que l'association {coque en acier, eau de mer, bloc de zinc} forme une pile et sachant qu'au potentiel le plus haut est associé la borne positive de la pile on a la polarité suivante :

- la borne positive est la coque en acier

- la borne négative est le bloc de zinc.

2.3.2. Les électrons sont émis par le bloc de zinc (borne négative de la pile) qui est alors oxydé à la place du fer contenu dans l'acier. La protection de la coque est ainsi assurée.

3. Protection par revêtement métallique : Electrozincage.
3.1. Il s'agit de recouvrir la plaque de fer d'une couche de zinc par électrolyse. Sur la plaque de fer se produit donc une réduction de demi-équation électronique Zn2+ (aq) + 2 e = Zn(s)

Le générateur fourni les électrons nécessaires à cette réduction. La plaque de fer est reliée à la borne négative du générateur.
Sur la lame de zinc se produit l'oxydation Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e(la lame de zinc est une anode soluble) les électrons libérés sont « pompés » par la borne positive du générateur.


générateur



Figure 2

+

-


E

e




e
I



Lame de zinc

Plaque de fer






Demi-équation électronique :

Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e


Demi-équation électronique :

Zn2+ (aq) + 2 e = Zn(s)

dépôt de zinc







Solution aqueuse de sulfate de zinc

Remarque: au cours de l'électrolyse la concentration en ion Zn2+(aq) de la solution reste constante.
3.2.1. La masse de zinc à déposer est: m(Zn) = .V

m(Zn) = 7,14 1,0103 = 7,14 103 g = 7,14 kg = 7,1 kg
3.2.2. D’après la demi-équation de réduction Zn2+ (aq) + 2 e = Zn(s), au cours de l'électrolyse, lorsque
x moles de zinc sont déposées sur la lame de fer, 2x moles d'électrons ont été échangées,

soit n(e) = 2.x = 2.n(Zn) = 2.

n(e) = 2= 218 mol

3.2.3. La quantité d’électricité mise en jeu lors de l’électrolyse est Q = n(e).F = I.t.

Alors t =

t = = 2,1 104 s = 5,9 h

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