Exercice 4 - A : l'électrolyse au sel · Bac STI2D Physique-Chimie et Mathématiques Métropole Candidat libre 2021

EXERCICE 4 – A: l'électrolyse au sel

Mots-clés: réactions d'oxydo-réduction; concentration d'un soluté.

Le but de l'exercice est d'étudier le traitement de l'eau d'une piscine.

Le bassin de la piscine étudiée a les dimensions suivantes:

longueur: 7,0 m, largeur: 3,5 m et profondeur (fond plat): 1,5 m.

Lors de la mise en eau du bassin, il est nécessaire de dissoudre du chlorure de sodium dans l'eau pour que l'électrolyse puisse fonctionner.

Cette électrolyse de l'eau de la piscine contenant du chlorure de sodium conduit à la formation de l'ion hypochlorite (ClO −).

Ce désinfectant puissant détruit alors bactéries et algues.

La transformation chimique qui a lieu lors de l'électrolyse de l'eau du bassin peut être modélisée par l'équation chimique suivante:

$$2\,\text{H}_2\text{O(l)} + 2\,\text{Cl}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{H}_2\text{(g)} + \text{Cl}_2\text{(aq)} + 2\,\text{HO}^-\text{(aq)}$$

C'est en réagissant avec les ions HO − que le dichlore conduit à la formation de l'ion hypochlorite.

Principales caractéristiques de l'électrolyseur.

Tension d'alimentation

230 V – AC 50-60 Hz

Puissance consommée

70 W (ZLT 50)

Concentration massique de sel pour fonctionnement optimal

2,5 à 4,5 g/L

Débit maximal autorisé sur la cellule

12 m³/h

Dimensions de la cellule d'électrolyse

185 mm * 120 mm * 130 mm

D'après la notice technique de l'électrolyseur ZELIA ZLT

1.

Un des deux couples mis en jeu lors de cette réaction d'oxydoréduction est le couple $\text{Cl}_2\text{(aq)} / \text{Cl}^-\text{(aq)}$. Donner la demi-équation électronique associée à ce couple.

2.

Lors de l'électrolyse de l'eau, les ions chlorure $\text{Cl}^-$ sont-ils oxydés ou réduits ? Justifier.

Oxydés

Réduits

3.

En s'aidant du document relatif à l'électrolyseur, quelle masse minimale de sel est-il nécessaire de dissoudre dans le bassin pour que l'électrolyse puisse avoir lieu correctement ? Combien de sacs de 25 kg est-il nécessaire d'acheter ?

sacs

4.

L'ion hypochlorite se transforme à nouveau en ion chlorure. La sensation d'odeur de chlore n'est jamais présente, ce qui n'est pas le cas lorsque l'on utilise des pastilles de chlore actif ou du chlore liquide.

La photo ci-dessous est issue d'un bidon de chlore liquide utilisé pour le traitement des eaux de piscine. Donner la signification de chacun des pictogrammes ainsi que les précautions à prendre.

5.

L'autre facteur très important à surveiller est le pH de l'eau. En effet, pour que l'électrolyse ait lieu dans les meilleures conditions, il faut que la valeur du pH de l'eau soit comprise entre 7,0 et 7,4.

Donner la relation permettant de lier le pH d'une solution avec la concentration en ions $\text{H}_3\text{O}^+$ d'une solution aqueuse.

6.

Calculer la valeur de la concentration des ions $\text{H}_3\text{O}^+$ lorsque le pH vaut 7,4.

7.

Il est possible de tester la qualité de l'eau de piscine en utilisant des bandelettes colorimétriques. Décrire le mode opératoire à mettre en œuvre pour une mesure de la valeur du pH de l'eau d'une piscine.