→ Zn2+

Thème : chimie générale
OXYDOREDUCTION
I) EXPERIENCE N°1 : COUPLE OXYDANT / REDUCTEUR :
expérience :
Lame de
cuivre Cu
Lame de zinc
Zn
Sulfate de zinc
2+
2−
(Zn , SO4 )
Sulfate de cuivre
2+
2−
(Cu , SO4 )
Récipient n°1
observations :
Récipient n°2
récipient n°1 : rien
récipient n°2 : dépôt de cuivre sur la lame de zinc, la solution devient incolore
2+
conclusion : dans le récipient n°2, il y a oxydoréduction. Les ions Cu
2+
zinc se transforme en ions Zn . La réaction inverse n’est pas possible.
Oxydation : Zn
2+
Réduction : Cu
+
Oxydoréduction : Zn
→ Zn2+
2e− → Cu
2+
→ Cu
+ Cu
2+
Zn est le réducteur et Cu
+
se transforment en cuivre Cu métal et la lame de
2e− (un atome de zinc perd deux électrons)
(un ion cuivre récupère ces deux électrons et devient atome de cuivre)
+
Zn
2+
est l’oxydant.
bilan :
Un OXYDANT est un corps qui peut capter des électrons : il est réduit.
Un REDUCTEUR est un corps qui perd des électrons : il est oxydé.
Une OXYDATION est une réaction chimique avec perte d’électrons : le réducteur perd des électrons.
Une REDUCTION est une réaction chimique avec gain d’électrons : l’oxydant gagne des électrons.
Une OXYDOREDUCTION est une réaction de transfert d’électrons entre deux couples oxydants/réducteurs : le réducteur du
couple n°1 perd des électrons qui sont récupérés par l’oxydant du couple n°2.
Dans une demi-équation rédox, on trouve l’oxydant et le réducteur d’un couple donné et les électrons du coté de l’oxydant.
Dans une équation d’oxydoréduction, l’oxydant d’un couple réagit avec le réducteur d’un autre couple. (les électrons
n’apparaissent pas dans l’équation d’oxydoréduction). C’est une équation à sens unique.
Cf doc : classification des couples oxydants / réducteurs.
Règle du GAMMA pour trouver dans quel sens à lieu la réaction d’oxydoréduction :
L’oxydant d’un couple donné oxyde les réducteurs de tous les couples situés au dessous de lui.
exemple :
Zn + Cu
Pouvoir oxydant croissant
2+
→
Cu
+
2+
Zn
Cu2+
Cu
Zn2+
Zn
Pouvoir réducteur croissant
Comment équilibrer les demi-équations redox :
1) On applique d’abord le principe de conservation des atomes. Si l’élément oxygène est en défaut d’un côté, on ajoute
+
des molécules d’eau H2O et de l’autre côté de l’équation on rajoute des ions H .
2) Puis on applique le principe de la conservation des charges. Pour que le bilan des charges électriques soit le même
dans les deux membres, on ajoute le nombre d’électrons nécessaires. Attention : on ajoute les électrons toujours du
côté de l’oxydant.
+
II) EXPERIENCE N°2 : ATTAQUE DES METAUX PAR L’ACIDE CHLORHYDRIQUE : LE COUPLE H3O / H2
expérience :
Acide
chlorhydrique
+
H30 , Cl−
Cuivre Cu
Acide
chlorhydrique
+
H30 , Cl−
Acide
chlorhydrique
+
H30 , Cl−
Zinc Zn
Acide
chlorhydrique
+
H30 , Cl−
Magnésium Mg
Fer Fe
a)
b)
On verse de l’acide chlorhydrique sur différents métaux.
c)
d)
Observations et interprétations :
observations
Tube a)
interprétations
rien
Le cuivre n’est
chlorhydrique
Effervescence, détonation avec la flamme de l’allumette.
Précipité blanc lorsqu’on verse de la soude
Tube b)
Tube c)
Tube d)
par
l’acide
+
→
2+
Zn
+ H2 + 2H20
dégagement de dihydrogène H2
2+
présence d’ions Fe
le fer est oxydé par l’acide chlorhydrique, il y a
oxydoréduction
Fe + 2H3O
Effervescence, détonation avec la flamme de l’allumette.
Précipité blanc lorsqu’on verse de la soude
oxydé
dégagement de dihydrogène H2
2+
présence d’ions Zn
le zinc est oxydé par l’acide chlorhydrique, il y a
oxydoréduction
Zn + 2H3O
Effervescence, détonation avec la flamme de l’allumette.
Précipité vert foncé lorsqu’on verse de la soude
pas
+
→
2+
Fe
+ H2 + 2H20
dégagement de dihydrogène H2
2+
présence d’ions Mg
le
magnésium
est
oxydé
par
chlorhydrique, il y a oxydoréduction
Mg + 2H3O
+
→
2+
Mg
l’acide
+ H2 + 2H20
+
Place du couple H3O / H2 dans la classification des couples oxydants / réducteurs : cf doc
L’acide chlorhydrique oxyde tous les métaux situé au dessous de son couple, c’est-à-dire, tous les métaux plus réducteur que
H2.
III) EXPERIENCE N°3 : FABRICATION DE PILES : Classification quantitative des couples oxydants/réducteurs.
expérience :
On fabrique une pile avec deux demi-piles. Une demi-pile est composée par une solution d’ions métalliques et un métal,
représentant un couple oxydant/réducteur.
Lame de
Zinc Zn
V
Fonction DC
Lame de
cuivre Cu
Pont salin
(Papier imbibé de chlorure
de potassium)
Sulfate de cuivre
Sulfate de
zinc
2+
Ions Zn
2+
Ions Cu
mesures et analyses :
piles
Tension
2+
Zn
2+
Zn
2+
Zn
/Cu
1,07V
cuivre
2+
/Fe
0,5V
fer
2+
/Mg
0,6V
zinc
/Zn avec Cu
/Zn avec Fe
/Zn avec Mg
Equation au pôle +
Pôle +
2+
2+
Cu
+
2+
Fe
+
2+
Zn
+
2e−
2e−
2e−
→
→
→
Cu
Pôle −
zinc
Fe
zinc
Zn
magnésium
Equation au pôle −
Zn
Zn
Mg
→
→
→
2+
+
2e−
2+
+
2e−
Zn
Zn
2+
Mg
+
2e−
Pour chacune des piles, écrire l’équation d’oxydoréduction lorsque la pile alimente un récepteur :
Zn + Cu
2+
2+
Zn + Fe
2+
Mg + Zn
→
→
→
2+
Cu
+
Zn
Fe
+
Zn
Zn
+
Mg
2+
2+
+
-
Au 3+ / Au
Ag
+
/ Ag
1,42V
0,80V
Cu 2+ / Cu
0,76V
H3O+ / H2
0V
Pb
2+
/ Pb
− 0,13V
Sn
2+
/ Sn
− 0,14V
Fe 2+ / Fe
− 0,44V
Zn 2+ / Zn
− 0,76V
Al 3+ / Al
− 1,66V
Pouvoir réducteur croissant
Pouvoir oxydant croissant
A chaque couple oxydant/réducteur on associe un potentiel d’oxydoréduction E° en volt (V), le couple H3O / H2 ayant pour
potentiel E° = 0V (référence).
La tension aux bornes de la pile est la différence de potentiel suivante : U = E° (pôle +) − E° (pôle −) (en V)
Applications de l’oxydoréduction :
Fabrication de piles (Leclanché, alcaline, bouton, lithium…)
Alcootest (changement de couleur de la substance dans le tube à l’entrée du ballon si positivité)
Recouvrement métallique en surface de métaux à protéger contre la corrosion
Nettoyage, entretien de surfaces recouvertes d’impuretés
Neutralisation de mauvaises odeurs par réaction d’oxydoréduction....etc