Situation problème
Ton petit frère et ses camarades de classe de 4ieme ont fait une visite d’étude à l’hôpital régional de Bafoussam, ils ont appris d’un agent de santé que le dioxygène, gaz utilisé en réanimation, peut être obtenu au cours de la décomposition de l’eau. De retour en classe, ces élèves veulent vérifier cette information. Ils entreprennent de réaliser l’électrolyse puis la synthèse de l’eau mais, ils n’y parviennent pas.
Aide-les à identifier les produits formés et d’écrire leurs équations bilan des réactions obtenues.
Prérequis : Notion de réaction chimique
I. Électrolyse de l’eau
I.1 Définition
L’électrolyse est décomposition chimique (de substances en fusion ou en solution) obtenue par le passage d'un courant électrique.
L’électrolyse de l’eau est la décomposition de l’eau par le courant électrique en dioxygène (\({O_2}\)) et le dihydrogène (\({H_2}\)).
I.2 Électrolyse de l’eau
I.2.1 Expérience
Considérons un électrolyseur (cuve à électrolyse) contenant de l’eau pure et muni de deux électrodes au-dessus desquelles sont retournés deux tubes à essais.
I.2.2 Observations
Lorsque l’interrupteur (K) est fermé, on n’observe aucun phénomène.
Lorsque l’interrupteur (K) est ouvert, on observe :
Avant l’ajout de la soude,
• il se dégage moins de gaz aux électrodes ;
• la lampe brille faiblement.
Après l’ajout de la soude, il se dégage plus de gaz aux électrodes,
• il se dégage plus de gaz à la cathode qu’à l’anode ;
• le volume du gaz à la cathode est le double de celui à l’anode ;
• la lampe brille.
I-2 Identification des produits formés
A la cathode
Il se produit une détonation à l’approche d’une flamme à l’extrémité du tube à essai : Le gaz est le dihydrogène(\({H_2}\))
A l’anode
Le gaz rallume vivement une bûchette incandescente introduite dans ce tube à essai : Ce gaz est le dioxygène(\({O_2}\))
I.3 Interprétation
La lampe brille : la solution conduit du courant électrique : c’est un électrolyte.
Des produits (dihydrogène et dioxygène) se sont formés : il y a eu réaction chimique appelée électrolyse.
L’électrolyse est la décomposition d’une solution ionique par le courant électrique
I-4 Conclusion
Le dioxygène et le dihydrogène dégagés proviennent de la décomposition de l’eau : cette décomposition est appelée électrolyse de l’eau.
L’équation- bilan de l’électrolyse de l’eau s’écrit :
\(2{H_2}O \to 2{H_2} + {O_2}\)
\(\frac{{{n_{{H_2}O}}}}{2} = \frac{{{n_{{H_2}}}}}{2} = \frac{{{n_{{O_2}}}}}{1}\)
\({V_{{H_2}}} = 2{V_{{O_2}}}\)
Le volume de dihydrogène dégagé est le double de celui du dioxygène lors de l’électrolyse de l’eau.
II. La synthèse de l’eau
La synthèse de l’eau est la formation de l’eau à partir du dihydrogène (H 2 ) et du dioxygène (O 2 ). C’est donc la synthèse de l’eau est donc la combustion du dihydrogène dans le dioxygène.
II.1 Expérimentation
Remplissons une éprouvette d'un mélange bien sec dans les proportions de deux volumes de dihydrogène pour un volume de dioxygène et présentons l'ouverture de l'éprouvette à une flamme.
II.2 Observations
Une explosion se produit et de fines gouttelettes d'eau (buée ) se déposent sur la paroi intérieure de l'éprouvette.
II.3 Interprétation
En présence du dioxygène et du dihydrogène, on observe la formation des molécules d’eau : c’est la synthèse de l’eau.
III.4 Conclusion
La synthèse de l’eau est une réaction chimique au cours de laquelle le dihydrogène et le dioxygène réagissent pour donner des molécules d’eau suivant l’équation :
\(2{H_2} + {O_2} \to 2{H_2}O\)
La réaction de formation de l’eau est une réaction explosive (violente). Cette explosion est accompagnée d'un grand dégagement de chaleur : on dit qu'elle est exothermique.
