TP n˚7 : Corrosion du fer Protection par anode sacrificielle

Lycée Sainte Marie PSI 2011-2012TP n˚7 :Corrosion du ferProtection par anode sacrificielleConsignes de sécurité :– en TP de chimie, le port de lentilles de contact est interdit,– le port d’une blouse est obligatoire,– le port de gants et de lunette de protection est obligatoire lors de la manipulation des solutions.Matériel :– des clous en fer, des morceaux de zinc,– du papier de verre à grains fins, des pinces crocodiles,– une solution d’hexacyanoferrate (III) de potassium K 3(F e(CN)6)à 0, 1 mol.L −1 réalisée dans une solutionde KCl à 1 mol.L −1 ,– une solution d’acide sulfurique à 0, 5 mol.L −1 ,– une électrode en platine, une électrode au calomel saturé,– une alimentation stabilisée, un potentiomètre (330 Ω),– un milliampèremètre, un millivoltmètre,– un agitateur magnétique, un barreau magnétique,– des béchers, une pipette,– de l’eau distillée.Objectifs :– mettre en évidence le phénomène de corrosion,– réaliser la protection du fer contre la corrosion par une anode sacrificielle de zinc,– déterminer la vitesse de consommation du zinc.A- Expériences préliminairesAvant utilisation, les clous en fer et les morceaux de zinc devront être décapés au mieux avec le papier deverre mis à disposition.1. Plonger un clou en fer dans quelques millilitres de la solution d’hexacyanoferrate (III) de potassiumréalisée dans une solution de KCl à 1 mol.L −1 . Qu’observe t-on ? On pourra au besoin accélérer le processusen ajoutant quelques gouttes de la solution d’acide sulfurique disponible. Interpréter ces observations sachantque les ions hexacyanoferrate (III) colorent la solution en bleu en présence d’ions Fe 2+ .2. Recommencer l’expérience en reliant électriquement le clou en fer avec un morceau de zinc égalementplongé dans la solution. Interpréter.B- Courbes intensité-potentielLe montage expérimental utilisé dans ce TP pour faire l’acquisition de courbes intensité-potentiel estprésenté par la figure n o 1.Une alimentation stabilisée (réglée à 5 V) et un potentiomètre permettent, via le déplacement du curseurde ce dernier, de faire varier la tension appliquée entre l’électrode de travail (E.T.) et une contre-électrode enplatine (Pt).Un milliampèremètre permet de mesurer l’intensité du courant électrique qui circule entre ces deux électrodes.Vous connecterez la borne "com" du milliampèremètre sur la contre-électrode de manièreà mesurer un courant positif lorsque l’électrode de travail fonctionne en anode.1

a- Quelles sont les réactions d’oxydation possibles à la surface du zinc ? Laquelle se fait effectivement ? Justifier.b- Quelle est la réaction qui se produit sur la contre-électrode en platine ? Comment évolue le pH au cours dela réaction ?c- Effectuer le relevé expérimental de la partie anodique de la courbe I(V) de l’électrode de zinc (Attention auxbranchements de l’alimentation stabilisée). On tâchera de cerner le moment où l’intensité commence à prendredes valeurs notables (typiquement 0,05 mA) : le déplacement du curseur a, à partir de ce moment là, une plusgrande influence sur V et I. Limiter la valeur de I a à 200 mA.3. Diagramme d’EvansSur un même graphique, tracer le potentiel de chacune de deux électrodes étudiées en fonction du logarithme àbase 10 de la valeur absolue du courant. On rappelle qu’à 25˚C le potentiel d’électrode de l’ECS est d’environ0,25 mV.En déduire le potentiel mixte (encore appelé potentiel de corrosion) et le courant de corrosion du systèmeconstitué du clou en fer et de l’électrode de zinc complément immergés dans une solution d’acide sulfurique à0, 5 mol.L −1 .C- Mise en œuvre de la protection par anode sacrificielle1. Réaliser le montage de la figure n o 2. Le clou et l’électrode en zinc sont complètement immergés dansune solution d’acide sulfurique à 0, 5 mol.L −1 .Figure n o 2 : Protection du clou en ferpar anode sacrificielle en zinc.2. Mesurer alors le potentiel mixte du système fer/zinc constitué, ainsi que le courant de corrosion.Comparer aux valeurs prédites à la fin de la partie B. Commenter.3. Déterminer la masse de zinc dissoute par unité de temps. Conclure.Données à 25˚C :– Potentiel standard d’électrode du couple H + /H 2 : E 0 = 0, 00 V ,– Potentiel standard d’électrode du couple O 2 /H 2 O : E 0 = 1, 23 V ,– Potentiel standard d’électrode du couple F e 2+ /F e : E 0 = −0, 44 V ,– Potentiel standard d’électrode du couple Zn 2+ /Zn : E 0 = −0, 76 V ,– Masse molaire du zinc : M Zn = 65, 4 g.mol −1 .3