- MATÉRIEL*
*Se référer aux Annexes 1a et 1b pour photos du matériel nécessaire
- MÉTHODE*
- Mettre vos lunettes de sécurité.
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Avec la balance digitale qui mesure avec trois chiffres après la virgule, mesurer avec la spatule 24, 968 g de CuSO4 ο 5H2O en poudre dans un premier contenant en plastique et 6, 245 g dans un deuxième. (voir calculs à l’Annexe 2)
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Préparer une première solution de CuSO4 (aq) à un volume de 1000 mL et une concentration de 0,1 mol/L dans la fiole jaugée de 1000 mL.
- Pour la préparation de solution, garder la méthode constante en employant le même entonnoir pour introduire le solide à la fiole jaugée et bien rincer le tout avec un flacon laveur. Ajouter précautionneusement de l’eau tout en secouant jusqu’à ce que l’eau atteigne le trait de jauge.
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Verser délicatement la nouvelle solution de CuSO4 (aq) dans un des contenants en vitre de 1000 mL et boucher.
- Répéter les étapes 3. à 5. Pour une deuxième solution de 250 mL avec une nouvelle fiole jaugée en gardant la méthode de préparation de solution constante.
- Nettoyer l’équipement utilisé pour la préparation de solution dans le lavabo avec savon et brosse et sécher de façon appropriée pour garder la variable de propreté constante.
- Mesurer la masse des électrodes de cuivre pour le garder constant et qu’il soit initialement identique avec la balance digitale ainsi que les masses initiales des 25 papiers filtres de source identiques. Prendre le tout en note dans un tableau de recueil de données. (Voir l’Annexe 3a)
- Préparer le matériel afin que le GLX soit installé tel comme illustré dans l’Annexe 3b et que le système de filtration impliquant les entonnoirs supportés et les papiers filtres avec béchers à déchets soit illustré comme dans l’Annexe 3c pour garder le montage constant.
- Pour chaque essai, noter la date et mesurer de façon constante et approprié la température et la pression de la pièce avec l’appareil GLX et noter le tout pour garder les variables de temps, température et pression sous contrôle.
- Préparer le circuit de façon que l’ampèremètre, la source de courant et le support à électrodes correspond à celui illustré dans les Annexes 1a et 4a et pour garder la variable de l’emplacement du matériel dans le circuit contrôlé.
- Nettoyer les électrodes de cuivre avec la laine d’acier pour enlever les impuretés sur la surface afin de faciliter l’électrolyse et contrôler la variable de propreté.
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Pipeter avec une pipette de 10 mL un volume de 50 mL de CuSO4 (aq) à une concentration de 0,1 mol/L préparé aux étapes 3-5 dans le contenant en verre de la pile. Ceci garde constant les variables de volume d’électrolyte ainsi que sa manipulation.
- Placer les électrodes de cuivre afin que leurs extrémités touchent au fond du contenant et serrer avec le support à électrodes pour garder le montage constant.
- Compléter le circuit avec les fils conducteurs encore pour correspondre au montage des Annexes 1a et 4a.
- Brancher la source de tension et simultanément commencer le chronomètre réglé à deux minutes, la variable de temps cruciale à contrôler.
- Avec la mesure du courant sur l’ampèremètre, vérifier que l’intensité du courant qui passe par le circuit correspond à la valeur du groupe expérimental (Groupe 1 : 0,5 A, Groupe 2 : 1,5 A, etc…)
- Une fois le temps est passé, déconnecter et fermer la source de courant.
- Enlever les électrodes du contenant en vitre en s’assurant de rincer avec le flacon laveur au dessus de l’électrolyte afin d’enlever tout cuivre transféré qui adhère aux électrodes pour assurer le contrôle des variables de filtration.
- Avec un papier filtre bien étiqueté selon l’essai du groupe expérimental, verser délicatement l’électrolyte liquide afin que le cuivre solide reste pris dans le papier filtre dans l’entonnoir.
- Utiliser le flacon laveur pour nettoyer les parois du contenant en verre pour enlever tout cuivre restant.
- Une fois que la filtration est terminé pour un essai, enlever le papier filtre en assurant qu’aucune quantité de cuivre solide est perdu et mettre sur un plateau de séchage où il sera pour 24 heures pour qu’il sèche.
- Répéter les étapes 10. à 22. avec un deuxième montage. Durant le temps de l’essai, nettoyer l’équipement qui sera utilisé pour le troisième. Lors du troisième essai, nettoyer l’équipement du deuxième essai qui sera utilisé pour le quatrième et ainsi de suite.
- Effectuer 25 essais ou jusqu’à ce que les résultats deviennent reproductibles.
- Après que les papiers filtres ont eu au moins une journée complète pour sécher, mesurer la masse avec la balance digitale
- Nettoyer, sécher et ranger tout matériel en assurant la propreté et une bonne élimination sécuritaire des produits chimiques.
*Se référer aux Annexes 3 indiqués pour photos de la méthode
- OBSERVATIONS / RÉSULTATS BRUTS
- Données brutes qualitatives
Tableau 1 : Observations qualitatives**
**Données qualitatives prises de photos individuelles après les essais
(Exemples de photos en Annexe 5a)
- Données brutes quantitatives
Tableau 2 : Observations quantitatives***
***Se référer à l’Annexe 6 pour les données brutes originales
- ANALYSE/ RÉSULTATS ÉLABORÉS
-
Données élaborées
Tableau 3 : Moyennes et différences de masse du cuivre avant et après la filtration****
****Se référer à l’Annexe 2 pour les exemples de calculs
Graphique 1 : Les moyennes de la différence de masse de cuivre produit selon l’intensité du courant
Graphique 2 : Les moyennes de la différence de masse de cuivre produit selon l’intensité du courant
- DISCUSSION
- Conclusion
En notant la tendance généralement ascendante des barres verticales ainsi que la ligne du graphique linéaire, je crois que mon hypothèse stipulant que l’augmentation de l’intensité du courant allait provoquer une augmentation de la quantité de produits est confirmée. Les données numériques ainsi que visuelles démontrent une nette augmentation de la quantité de produits à l’exception du groupe 2 ce qui illustre la relation directement proportionnelle entre mes variables dépendantes et indépendantes. Le courant peut donc être considéré un facteur important chez la quantité de produits dans une pile électrolytique.
- Évaluation de la ou de des procédures
En tout, je suis de l’avis que ma méthode a bien respecté le contrôle des variables et qu’elle a permit un recueil de données pertinentes en quantité suffisante. Tout cela a contribué à la reproductibilité de mes données. Quelques points faibles de ma méthode entraînent inévitablement des erreurs de nature systématique et aléatoires. Les erreurs systématiques qui ont affecté l’exactitude de mes données impliquent la méthode de recueil des données au niveau quantitatif. Malgré le contrôle des variables durant la filtration et la mesure de la masse, je crois que les quantités de produits en cuivre solide étaient trop minimes pour bien en recueillir des données et tirer des conclusions. Nous pouvons voir que l’écart entre les trois derniers groupes, malgré l’augmentation, n’est que seulement de 0,001 g. Ceci n’est pas vraiment assez pour baser une conclusion. Une autre erreur systématique découle du manque de contrôle des variables de température et de pression. Malgré que j’aie noté ces variables pour en être capable de tirer des conclusions si les données étaient incohérentes, le contrôle était absent. Bien sûr, il est très difficile de contrôler ces deux variables en laboratoire du secondaire mais il s’agit quand même d’un point faible de ma méthode. Les erreurs de nature aléatoires ont affecté la précision de mes données et quelques points faibles qui y sont reliés se trouvent dans ma méthode. La balance utilisée, précise à trois chiffres après la virgule, n’était pas de précision idéale pour mes masses qui se retrouvaient tous en dessous de 2 g. De plus, les chiffres de la balance digitale sautaient toujours entre elles parfois à des intervalles de 0,050 g, rendant la lecture de la masse compliquée et par défaut, imprécise. Il est très difficile de critiquer une procédure lorsqu’il n’y a pas de valeurs théoriques ou pourcentages d’erreurs mais je crois que les limites les plus importantes des procédures ont été identifiées et élaborées.
- Améliorations de la recherche
Les points limites des procédures sont tous corrigeables et il y a façon de bien améliorer la recherche afin d’augmenter la l’exactitude, la précision, la fiabilité et la reproductibilité de mes données. Pour ce qui est de l’erreur aléatoire de la balance, une balance plus nouvelle en meilleure condition pourrait diminuer l’erreur aléatoire et augmenter la précision. De plus, une balance plus précise spécifiquement conçu pour des minimes masses pourrait grandement aider la précision de la masse. Pour l’erreur de la température, on pourrait garder celle-ci constante avec une plaque chauffante réglée à une température constante. L’erreur systématique concernant la pression est très difficile à l’éliminer sans ayant recours à de l’équipement dispendieux et professionnel, mais puisqu’elle est tellement infime et probablement pas importante dans le grand schème des choses, nous pouvons choisir de l’ignorer. Pour garantir des données plus grandes et écartés, possiblement l’utilisation de plus grandes électrodes ayant une plus grande surface de contact améliorerait les choses. De plus, nous pouvons augmenter le temps de courant pour maximiser le transfert d’électrons et par défaut, la quantité de produits. Aucune procédure n’est parfaite, mais ces améliorations nt comme but de contribuer à la minimisation des points faibles pour de meilleurs résultats.
- CONCLUSION
Mon laboratoire a tout commencé avec la question : « Quelles sont les facteurs qui affectent la quantité de produits formés lors de l'électrolyse? ». Après la conception de ce laboratoire, j’ai pu déterminer qu’un de ces facteurs en est un d’important ; il s’agit du courant. Avec mon travail, j’ai pu finalement confirmer l’augmentation de l’intensité du courant entraîne une augmentation observable et reproductible de la quantité de produits formés en électrolyse.
ANNEXES
ANNEXE 1 : PHOTOS DU MATÉRIEL
1A : MATÉRIEL ÉLECTRIQUE
1B : MATÉRIEL DE FILTRATION
ANNEXE 2: EXEMPLES DE CALCULS
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Détermination du volume CuSO4 (aq) requis pour 25 essais employant 0,050 L chaque.
VCuSO4= nessais x Vessai
VCuSO4= 25 x 0,050 L
VCuSO4= 1,25 L
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Détermination de la masse de CuSO4 ο 5H2O requise pour la préparation de solution de CuSO4 (aq) à un volume de 1000 mL et une concentration de 0,1 mol/L
VCuSO4= 1000 mL ou 1,000 L CCuSO4= 0,1 mol/L M CuSO4 ο 5H2O=249, 68 g/mol
n= c x v m= n x M
n= 1,000 L x 0,1 mol/L m= 0,100 mol x 249, 68 g/mol
n= 0,100 mol m= 24, 968 g
- Détermination de la différence de masse de cuivre produits finale et initiale pour l’essai 1 du groupe expérimental 1 avec incertitudes.
∆m = mfinale - minitiale
∆m = 1,566 g – 1,525 g
∆m = 0,041 g
- Détermination de la moyenne des différences de masse de cuivre produits pour les essais 1-5 du groupe expérimental .
∆mmoyenne = (∆m1 + ∆m2 + ∆m3 + ∆m4 + ∆m5 ) / nessais
∆mmoyenne = (0,041 g + 0,055g + 0,070 g + 0,055 g + 0,045 g) / 5
∆mmoyenne = 0,053 g
ANNEXE 3: PHOTOS DE LA MÉTHODE
3A : MESURE DE LA MASSE
3B : MONTAGE DU GLX ET SONDES DE TEMP. ET DE PRESSION
3C : MONTAGE DE FILTRATION
ANNEXE 4 : MONTAGE DU CIRCUIT
ANNEXE 6 : DONNÉES BRUTES ORIGINALES
ANNEXE 5 : PHOTOS POUR LE RECUEIL DE DONNÉES QUALITATIVES
5A : AVANT LE NETTOYAGE DE ESSAI 1, GROUPE 1
5B : APRÈS LE NETTOYAGE DE ESSAI 1, GROUPE 1