Lors d'une électrolyse, une réaction d'oxydoréduction forcée a lieu. Il est possible d'écrire son équation à partir des couples mis en jeu.
Lors de l'électrolyse de l'eau, on observe :
- un dégagement de dioxygène \ce{O2} au niveau de l'anode reliée à la borne positive du générateur ;
-
un dégagement de dihydrogène \ce{H2} au niveau de la cathode reliée à la borne négative du générateur.
Les couples redox concernés sont : \ce{O2} / \ce{H2O} et \ce{H+} / \ce{H2} .
Quelle est l'équation de la réaction se déroulant lors de cette électrolyse ?
Rappeler la nature des transformations ayant lieu à chaque électrode
On rappelle la nature des transformations ayant lieu à chaque électrode.
Lors de l'électrolyse, les transformations qui ont lieu sont :
- une oxydation à l'anode ;
- une réduction à la cathode.
Repérer les espèces initialement présentes
On repère les espèces initialement présentes dans la cuve de l'électrolyseur qui appartiennent aux couples rédox donnés.
Dans le cas de l'électrolyse de l'eau, les espèces initialement présentes sont l'eau \ce{H2O} et les ions hydogène \ce{H+}.
Écrire les demi-équations électroniques se déroulant à chaque électrode
On écrit les demi-équations électroniques se déroulant à chaque électrode.
- L'oxydation qui peut avoir lieu à l'anode et qui est responsable de la formation du dioxygène \ce{O2} est celle de l'eau :
2 \ce{H2O_{(l)}} = \ce{O2_{(g)}} + 4 \ce{H+_{(aq)}} + 4 \ce{e-}
- La réduction qui peut avoir lieu à la cathode et qui est responsable de la formation du dihydrogène \ce{H2} est celle des ions hydrogène :
2 \ce{H+_{(aq)}} + 2 \ce{e-} = \ce{H2_{(g)}}
En déduire l'équation de la réaction d'oxydoréduction se déroulant lors de l'électrolyse
On en déduit l'équation de la réaction d'oxydoréduction se déroulant lors de l'électrolyse.
Les demi-équations électroniques se déroulant à chaque électrode sont donc les suivantes :
2 \ce{H2O_{(l)}} = \ce{O2_{(g)}} + 4 \ce{H+_{(aq)}} + 4 \ce{e-}
2 \ce{H+_{(aq)}} + 2 \ce{e-} = \ce{H2_{(g)}}
Afin qu'il y ait autant d'électrons captés que libérés, il faut multiplier la deuxième demi-équation par 2.
D'où l'équation de la réaction d'oxydoréduction :
2 \ce{H2O_{(l)}} + 4 \ce{H+_{(aq)}} + 4 \ce{e-} = \ce{O2_{(g)}} + 4 \ce{H+_{(aq)}} + 4 \ce{e-} + 2 \ce{H2_{(g)}}
Qui donne, après simplification :
2 \ce{H2O_{(l)}} \ce{->} 2 \ce{H2_{(g)}} + \ce{O2_{(g)}}