L'électrolyse de l'eau est l'une des voies de synthèse du dihydrogène. Elle est envisagée pour utiliser les surplus de production d'électricité. On la réalise à l'aide du courant électrique et d'une réaction d'oxydoréduction des couples présents dans l'eau.
Représenter le schéma d'une électrolyse de l'eau et déterminer à quelles électrodes se produisent le dihydrogène et le dioxygène.
Données : couples de l'eau
- \ce{O2/H2O}
- \ce{H+/H2}
Dessiner une cuve électrolytique remplie d'eau
On représente une cuve électrolytique remplie d'eau avec deux électrodes (graphite ou carbone) qui serviront lors de l'électrolyse pour le passage du courant.
On représente une cuve électrolytique avec deux électrodes dans la cuve et de l'eau comme solution :
Introduire deux tubes à essais remplis d'eau
On introduit dans la cuve électrolytiques deux tubes à essai remplis d'eau au-dessus de chaque électrode.
On place sur la figure deux tubes à essai remplis d'eau sur les électrodes :
Brancher un générateur sur l'électrolyseur
On branche un générateur sur l'électrolyseur. La borne négative du générateur sera la cathode de l'électrolyseur. La borne positive du générateur sera l'anode de l'électrolyseur.
On introduit sur le schéma un générateur qui alimentera la solution. La cathode est la borne négative du générateur. L'anode est la borne positive du générateur.
Écrire les réactions se produisant aux électrodes
Lors d'une électrolyse, il se produit :
- Une réduction à la cathode
- Une oxydation à l'anode
On écrit les demi-équations électroniques des deux couples de l'eau en présence.
Lors de l'électrolyse, deux réactions sont présentes :
- À la cathode, une réduction : \ce{2H+}+2e^-\ce{->}\ce{H2}
- À l'anode, une oxydation : \ce{H2O}\ce{->}\ce{1/2O2}+\ce{2H+}+2e^-
Établir l'équation bilan de la réaction d'électrolyse
À l'aide des deux demi-équations précédentes, on établit l'équation bilan de la réaction d'électrolyse. On vérifie que le même nombre d'électrons est échangé lors des deux demi-équations d'oxydoréduction.
On établit l'équation bilan de la réaction d'électrolyse :
\ce{H2O}\ce{- \gt }\ce{H2}+\ce{1/2O2}
En déduire les espèces produites aux électrodes
On en déduit les espèces produites aux électrodes :
- À l'anode : le produit issu de la réaction d'oxydation
- À la cathode : le produit issu de la réaction de réduction
On en déduit les espèces produites aux électrodes :
- À l'anode : production de \ce{O2}
- À la cathode : production de \ce{H2}
