les travaux pratiques tp :Tension Mixte et la Corrosion (Électrochimie )

Manipulation 3 : Tension Mixte et la Corrosion

BUT DE LA MANIPULATION

            Le but de cette manipulation est d’étudier d’une part, la différence existant entre une tension mixte correspondant à des réactions qui se produisent simultanément à la surface de l’électrode et une tension thermodynamique d’équilibre donnée par la loi de Nernst. D’autre part c’est de mettre en évidence la corrosion électrochimique de quelques métaux.

1.     Electrodes de cuivre et de Zinc en milieux aqueux de CuSO₄ et ZnSO₄

La tension d’abandon d’une électrode de Cuivre plongée dans CuSO₄ par rapport à l’électrode de Calomel saturé en s :

a)       

[CuSO4] en mol/l	10-3	10-2	10-1	1
En absence d’agitation	0.0375	0.0517	0.0673	0.0622
En présence d’agitation	0.0370	0.0539	0.0655	0.0640

b)        Vérification de la loi de Nernst

D’après les valeurs obtenues : E⁰ _Cu²⁺_/Cu = 0.432 V

L’équation de la réaction qui apparait est : Cu²⁺  + 2e^-     ⟶            Cu

L’équation de Nernst : E = E_T – E_R = E _Cu²⁺_/Cu - E_ECS

ð   E = E⁰ _Cu²⁺_/Cu + ²⁺]) – 0.24392

ð  [Cu²⁺] = C = 10^-3  ==>   E = 0.432 + 0.03 log 10^-3 – 0.24392 = 0.0981

ð  [Cu²⁺] = C = 10^-2  ==>   E = 0.432 + 0.03 log 10^-2 – 0.24392 = 0.1281

ð  [Cu²⁺] = C = 10^-1  ==>   E = 0.432 + 0.03 log 10^-1 – 0.24392 = 0.1581

ð  [Cu²⁺] = C = 1       ==>   E = 0.432 + 0.03 log 1 – 0.24392 = 0.1881

Ces valeurs montrent que l’agitation n’a pas d’influence sur les résultats. Ainsi on remarque une absence d’une tension mixte.

La tension d’abandon d’une électrode de Zinc plongée dans ZnSO₄ par rapport à l’électrode de Calomel saturée en ms :

a)        

[ZnSO4] en mol/l	10-3	10-2	10-1	1
En absence d’agitation Eab (V)	-0.460	-0.494	-0.651	-0.577
En présence d’agitation Eab (V)	-0.456	-0.475	-0.626	-0.523

b)       Vérification de la loi Nernst

E°_Zn²⁺_/Zn = - 0.762 V

ð  La réaction qui se déclenche est : Zn²⁺ + 2e^- ⟶  Zn

ð  L’équation de Nernst est donc :

E = E _Zn²⁺_/Zn – E (ECS) = E°_Zn²⁺_/Zn + 0.03 ²⁺]) – 0.24392

ð  [Zn²⁺] = C = 10^-3  ==>   E = -0.762 + 0.03 log 10^-3 – 0.24392 = -1.0959

ð  [Zn²⁺] = C = 10^-2  ==>   E = -0.762 + 0.03 log 10^-2 – 0.24392 = -1.0659

ð  [Zn²⁺] = C = 10^-1  ==>   E = -0.762 + 0.03 log 10^-1 – 0.24392 = -1.0359

ð  [Zn²⁺] = C = 1       ==>   E = -0.762 + 0.03 log 1 – 0.24392 = -1.0059

D’après ces résultats, il est clair que l’agitation n’a pas d’effet significatif sur les résultats sans oublier que la tension mixte est absente.

La tension d’abandon d’une électrode de Zinc plongée dans CuSO₄ par rapport à l’électrode de Calomel saturée en ms :

[CuSO4] en mol/l	10-3	10-2	10-1	1
En absence d’agitation	-0.465	-0.541	-0.467	-0.383
En présence d’agitation	-0.332	-0.299	-0.375	-0.164

A cause de la différence entre les valeurs de E en présence de l’agitation, la loi de Nernst est non vérifiée dans ce cas. Dans un autre sens, nous constatons que l’agitation diminue l’abandon de l’électrode et qu’il y a une tension mixte.

2.     Corrosion et protection anodique du Fer

2.1. Corrosion du Fer

a)      Il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction : H⁺/H₂     Fe²⁺/Fe

ð  Fe ⟶ Fe²⁺ + 2e^-

ð  2 H⁺ + 2e^-  ⟶ H₂

La réaction globale est : Fe + 2 H⁺⟶ Fe²⁺ + H₂

La nature du gaz : H₂

Lorsque on ajoute quelques gouttes de la solution d’Hexacyanoferrate 3 (K₃FeCN₆), on obtient une coloration bleue ce qui indique une formation d’un complexe :

Fe²⁺ + 2CN^- ⟶ Fe(CN)₂

Conclusion

La présence des ions Fe²⁺ dans notre solution indique que le fer a été oxydé suivant la réaction ci-dessous.

2.2.Protection du Fer

b)     pH_Initial = pH₀ = 5.83  sachant que la T° = 23°C

c)      après une heure on mesure le pH et on constate que pH_1heure = 6.67 ce qui révèle une disparition des ions H⁺ et en effet, il permet de rendre le milieu basique.

d)     Les couples Redox existant dans la solution sont :

Cl₂^-/Cl             Cl₂ + 2e⁻ ⟶ 2Cl^-

H⁺/H₂              2H⁺ + 2 e⁻ ⟶ H₂

O₂/H₂O           O₂ + 2 e⁻ + 4H⁺ ⟶ 2H₂O

Fe²⁺ / Fe          Cu²⁺ + 2 e⁻ ⟶ Cu

Zn²⁺ / Zn         Zn²⁺ + e⁻ ⟶ Zn

Les réactions possibles sont :

2H⁺ + 2 e⁻ ⟶ H₂

Zn ⟶ Zn²⁺ + 2 e⁻

……………………………..

Zn + 2 H⁺  ⟶ Zn²⁺ + H₂

2H⁺ + 2 e⁻ ⟶ H₂

Fe ⟶ Fe²⁺ + 2 e⁻

……………………………..

Fe + 2 H⁺  ⟶ Fe²⁺ + H₂

A partir des courbes de l’intensité, on peut constater qu’une réaction se produit à l’anode, il s’agit de : 

Zn ⟶ Zn²⁺ + 2 e⁻

A partir des courbes de l’intensité, on peut constater qu’une réaction se produit à la cathode, il s’agit de : 

2H⁺ + 2 e⁻ ⟶ H₂

Donc le métal protégé est le Fer et le métal corrodé est le Zinc

C’est dans ce sens que nous concluons la réaction de formation de précipités :

Zn²⁺ + OH^- ⟶ Zn (OH)_2⤵

3.     L’électrode d’aluminium en milieux acide et basique

La tension d’abandon de l’eau distillée à pH = 5.5

Sans agitation

Le potentiel moyen de l’électrode par rapport à ENH est :

E’ = E + E (ECS) = E + 0.25 = -4.43 + 0.25 = -0.18 V

D’après le diagramme Tension-pH on a : P (5.5 ; -0.18V) è Passivation

Voir Courbes