sujet (pas de correction dispo)

Principe de l’anode sacrificielle
Mots clés : Corrosion et protection ; sous-thème : cycle de vie des matériaux
I/ Conditions d’oxydation du fer
1) Expériences de la photo :
- Un clou en fer est laissé dans l'eau distillée. Au bout d'un jour, il apparaît comme
modifié (1).
- On laisse le clou en fer dans de l'eau distillée débarrassée de son dioxygène (par
ébullition) et surmontée d'une mince couche d'huile. Il n'apparaît pas modifié (2) au
bout d'un jour.
a) Interpréter les résultats de cette expérience.
b) Ecrire la réaction d’oxydoréduction qui a lieu dans le tube 1 sachant que les couples
ox/ red sont :
O2 / H2O et Fe2+/ Fe
Remarque : la teinte rouille provient des ions Fer (III) (Fe3+) qui apparaissent par
oxydation ultérieure des ions Fer (II) par le dioxygène.
2) Autres facteurs favorisant la corrosion du fer :
a) Quels sont les autres facteurs aggravant pour la corrosion du fer ?
b) Compte tenu de vos réponses à la question précédente en quoi les navires sont plus que tout autre moyen de transport
sujet à la corrosion ?
II/ Expérience de protection par anode sacrificielle.
On va reproduire au laboratoire la corrosion d’une coque de bateau en acier. Avec ou sans anode sacrificielle. Afin d’accélérer
un peu le processus on va travailler sous oxygène pur (2h de TP c’est trop court pour que du fer rouille avec de l’air à 20% deO2).
Le matériel à disposition : Cristallisoir, éprouvette de 250mL, paille de fer, morceau de zinc, morceau de cuivre, un fer à souder
avec le fil à souder, du sel, de l’eau, un gant en plastique et bombonne de dioxygène pur.
a)
Compte tenu du matériel à disposition proposez 3 schémas légendés de 3 expériences mettant en évidence l’efficacité
de la protection du fer par anode sacrificielle de zinc.
b) Le fait de travailler sous oxygène pur fait écho à quel facteur cinétique ?
Mettre en œuvre les trois expériences. Attendre au moins une heure avant d’observer. La concentration massique en sel de la
mer est en moyenne de 33g/L
c)
Observations et Conclusion
III/ Etude de piles pour comprendre l’usage du Zinc
1)
Utilisation d’un voltmètre pour déterminer la polarité d’une pile.
Prendre un voltmètre et brancher les fils aux bornes COM et V.
Choisir le calibre 20V, tension continue (symbole DC ou
)
Prendre une pile commerciale où les bornes positives et négatives sont indiquées.
Mettre en évidence que la valeur de la tension affichée par le voltmètre est la même à un signe « - » près lorsque l’on interverti les
branchements du voltmètre
Lorsque la tension affichée est positive, le fil COM est relié à la borne ……………………….. de la pile et le fil V est relié à la borne
………………………… de la pile. On se rappellera de ce résultat pour déterminer la borne positive et négative d’une pile « artisanale »
Par convention le courant d’intensité i circule toujours de la borne …………………………à la borne ……………………………….d’un
générateur.
Par contre les électrons circulent toujours de la borne …………………………à la borne ……………………………….d’un générateur.
-
2) Etude de deux piles expérimentales.
a) Pile N°1 : Fe2+ / Fe // Zn2+ / Zn
et
pile N°2 : Cu2+ / Cu // Fe2+ / Fe
-
Branchez le voltmètre aux bornes des lames métalliques (bornes de la pile). La tension est normalement nulle.
Rapprochez les deux béchers et plongez un morceau de papier imbibé d’une solution de nitrate de potassium. Ce morceau de papier
joue le rôle de pont salin.
Une tension apparait, de son signe, en déduire la borne positive et négative de la pile. (compléter le schéma)
Au niveau du fil, représenter sur le schéma le sens de i et de déplacement des électrons (au niveau du fil).
L’Anode désigne la lame métallique (électrode) où il y a Oxydation : Quelle est cette lame ?
-
pile N° 1 : ………………… …………………….
pile N°2 ……………………………………….
La Cathode désigne la lame métallique (électrode) où il y a Réduction : Quelle est cette lame ?
pile N° 1 : ………………… …………………….
-
Sous les béchers écrire les demi-équations dans le sens du phénomène chimique observé.
Quelle est la lame qui va être rongée lors du fonctionnement de la pile ?
pile N° 1 : ………………… …………………….
-
pile N°2 ……………………………………….
pile N°2 ……………………………………….
Quelle est la lame qui va s’épaissir lors du fonctionnement de la pile ? …………………………………
pile N° 1 : ………………… …………………….
pile N°2 ……………………………………….
V
V
K+ ; NO-3
Zn
Fe
SO42
Fe2
K+ ; NO-3
+
SO42
SO42
Zn2
+
Equation d’oxydo-réduction ayant lieu lors du fonctionnement de la pile :
Exploitation
Cu
Fe
Fe2
+
SO42
Cu2
+
Equation d’oxydo-réduction ayant lieu lors du fonctionnement de la pile :
1. Rappelez la définition d'une espèce dite réductrice.
2. Déduire de l’étude des 2 piles un classement des métaux les plus réducteurs : cuivre, fer et zinc (par
ordre croissant). Justifiez votre réponse.
3. Sachant que le couple du zinc est Zn2+/Zn, réécrire la réaction I1)b) qui a lieu dans le cas d’une anode sacrificielle.
4. Pourquoi faut-il changer régulièrement les blocs de zinc des coques des bateaux ?