Guide du professeur : Transformations chimiques forcées

Livre du professeur - PC Terminale - Chapitre 8 : Transformations chimiques forcées
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Chapitre 8 : Transformations
chimiques forcées
Présentation 2
Place dans la progression 2
QCM numérique de révision (LLS.fr/PCTP197) 3
Activités 4
Activité d’exploration 1 : Électrolyse de l’eau (p. 198) 4
Activité expérimentale 2 : Transformation spontanée et forcée (p. 199) 6
Activité expérimentale 3 : Protection de l’acier (p. 200) 10
Bilan (p. 204) 13
Exercices 14
QCM (p. 205) 14
Pour s’échauffer (p. 206) 15
Pour commencer (p. 206-208) 17
Différenciation (p. 208) 22
Pour s’entraîner (p. 210-212) 23
Exercices Bac (p. 213-214) 30
Problème (p. 215) 35
Retour sur l’ouverture du chapitre (p. 215) 37

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Présentation
Ce chapitre trouve sa place dans la partie « Prévoir l’état final d’un système, siège d’une
transformation chimique ». Le but est de montrer que le passage d’un courant au sein d’un
système oxydant-réducteur permet de forcer le sens de son évolution et de l’illustrer par
l’étude du fonctionnement des électrolyseurs. Le chapitre 6 « Évolution spontanée d’une
transformation chimique » devra être traité avant celui-ci, ainsi que celui sur les piles.
Ce qui a été enseigné en seconde :
● Modélisation macroscopique d’une transformation par une réaction chimique. Écriture
symbolique d’une réaction chimique.
● Modéliser, à partir de données expérimentales, une transformation par une réaction,
établir l’équation de réaction associée et l’ajuster.
Ce qui a été enseigné en première :
● Transformation modélisée par une réaction d’oxydoréduction : oxydant, réducteur,
couple oxydant-réducteur, demi-équation électronique.
● À partir de données expérimentales, identifier le transfert d’électrons entre deux
réactifs et le modéliser par des demi-équations électroniques et par une réaction
d’oxydoréduction.
● Établir une équation de la réaction entre un oxydant et un réducteur, les couples
oxydant-réducteur étant donnés.
● Mettre en œuvre des transformations modélisées par des réactions d’oxydo-réduction.
Place dans la progression
Les réactions étudiées peuvent être certes non totales, mais elles peuvent également être
non spontanées. Ce chapitre s’intéresse donc à une méthode, l’électrolyse, qui offre un moyen
de renverser un processus induit par les réactions de type oxydoréduction.
Son principe, au cœur du fonctionnement des batteries, est également l’objet d’étude sur la
purification et l’obtention de métaux à partir de ses formes oxydées.
Sitographie :
● Une expérience qui permet de mettre en évidence la possibilité de changer le sens
d'évolution d'un système chimique en imposant un courant. Contient une vidéo
intéressante avec l’électrolyse de l’eau :
http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/electrolyse-de-leau-796
● Un article sur la photosynthèse et une partie sur une cellule électrochimique
(électrolyseur) couplée à des panneaux photovoltaïques pour la conversion d’eau en
oxygène (anode) et la réduction du CO2 en carburants (cathode) :
http://culturesciences.chimie.ens.fr/photosynth%C3%A8se-artificielle-transformer-le-
soleil-en-carburants
● Traitement des canons retrouvés en mer par l’entreprise Arc’Antique (en lien avec la
problématique du chapitre et l'exercice 35) :
http://www.art-
conservation.fr/colloques/2008/10_pilotage_a_distance_de_traitements_electrolytiqu
es.pdf

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QCM numérique de révision (LLS.fr/PCTP197)
1. Couples Ox/Red
1. La demi-équation électronique associée à un couple oxydant-réducteur s’écrit :
B. Ox + n e- = Red
2. Comment note-t-on le couple oxydant-réducteur dont la demi-équation associée est :
?
C. Fe2+(aq)/Fe(s)
3. La demi-équation du couple S4O62-(aq)/S2O32-(aq) s’écrit :
C. S4O62-(aq) + 2 e- → 2 S2O32-(aq)
4. Le couple oxydant-réducteur O2(g)/H2O(l) a pour demi-équation :
C. 2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-
2. Oxydation et réduction
1. Une réduction électrochimique pour une espèce chimique correspond à :
A. un gain d’électrons.
2. Dans l’équation de réaction suivante : 2 Al(s) + 3 Cu2+(aq) → 2 Al3+(aq) + 3 Cu(s), le réactif subissant
une oxydation est :
A. Al(s)
3. Demi-équations et équations bilans
1. L’équation de réaction d’oxydoréduction entre les ions argent Ag+(aq) et le cuivre solide Cu(s) est
:
A. 2 Ag+(aq) + Cu(s) → 2 Ag(s) + Cu2+(aq)
2. L’équation de la réaction entre les ions fer Fe3+(aq) et les ions iodure I-(aq) appartenant aux
couples I2(aq)/I-(aq) et Fe3+(aq)/Fe2+(aq) s’écrit :
B. 2 Fe3+(aq) + 2 I-(aq) → I2(aq) + 2 Fe2+(aq)
3. La demi-équation électronique associée au couple MnO4-(aq)/Mn2+(aq) s’écrit :
C. MnO4-(aq) + 5 e- + 8 H+(aq) = Mn2+(aq) + 4 H2O(l)

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Activités
Activité d’exploration 1 : Électrolyse de l’eau (p. 198)
Présentation
Cette première activité, sur le thème des transformations chimiques forcées par le passage
d’un courant électrique, permet de comprendre que la molécule d’eau peut être décomposée
sous l’action du passage d’un courant électrique continu. L’élève doit réactiver ses
connaissances sur l’oxydoréduction vue en première spécialité Physique-Chimie.
Temps prévu
50 minutes
Lien avec le programme
● Constitution et fonctionnement d’un électrolyseur.
● Modéliser et schématiser, à partir de résultats expérimentaux, les transferts d’électrons
aux électrodes par des réactions électrochimiques.
Réponses détaillées
1. D’après les deux couples mis en jeu et les gaz formés lors de l’électrolyse de l’eau, on peut
écrire les équations aux électrodes suivantes :
2 H2O (l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e- (× 1)
2 H+(aq) + 2 e- → H2(g) (× 2)
______________________________________________
2 H2O(l) → O2(g) + 2 H2(g)
2. Sur le schéma :
a. Les électrons vont du pôle - vers le pôle + dans les fils et les électrodes.
b. À l’électrode reliée au pôle - : 2 H+(aq) + 2 e- → H2(g)
À l’électrode reliée au pôle + : 2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-
c. Le gaz 1 est du dioxygène O2(g) et le gaz 2 est du dihydrogène H2(g).

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3. À l’électrode reliée au pôle -, il y a réduction et à l’électrode reliée au pôle +, il y a une
oxydation.
4. Il y a deux fois plus d’atomes d’hydrogène dans une molécule d’eau que d’atomes
d’oxygène, donc par décomposition de l’eau, il se forme le double de dihydrogène H2(g) que
de dioxygène O2(g).
Synthèse
Le générateur a pour rôle de faire circuler les électrons dans le circuit et d’imposer le sens
des réactions se produisant aux électrodes. À l’électrode où les électrons arrivent, ils sont
consommés par une réduction et, à l’autre électrode, ils sont produits par une oxydation.
Aide et éléments différenciants
Rappels de première : écriture d’un couple oxydant-réducteur et de sa demi-équation
électrochimique, définition d’oxydation et de réduction.
Ressources supplémentaires et pistes d’exploitation
● Cette vidéo permet de mieux comprendre le texte de l’activité. Elle présente
l’électrolyse de l’eau pour obtenir du dihydrogène :
http://www.cea.fr/multimedia/Pages/videos/culture-
scientifique/energies/fonctionnement-electrolyseur-pile-a-combustible.aspx