TP Chimie 1/3 -
publicité
TP Chimie 1/3 Réactions d'oxydoréduction I- Mise en évidence 1) Réaction entre le fer métal et les ions cuivre II Exp : On introduit un coton dans un tube à essai. On met dessus de la poudre de fer. Puis on ajoute une solution de sulfate de cuivre II. Observations : .................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................................................ Test complémentaire : On rajoute de la soude dans le filtrat, il se forme ............................................................................... La disparition de la couleur de la solution montre que ........................................................................................... sont le réactif limitant. Etat initial : La transformation chimique qui a lieu a pour équation : Etat final : ........................................................................................... Lors de cette transformation, il y a conservation des éléments chimiques et des charges. 2) Réaction entre le cuivre métal et les ions argent Exp : On introduit dans un récipient un morceau de cuivre et une solution de nitrate d'argent. Observations : .................................................................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................................................ Etat initial : La transformation chimique qui a lieu a pour équation : Etat final : ........................................................................................... Lors de cette transformation, le cuivre perd ................................... et l'argent en gagne ..... : il faut donc ajuster les coefficients stoechiométriques afin de conserver l'électroneutralité. 3) Réaction entre les ions iodure et les ions fer III Exp : dans un tube à essais, on introduit environ 2 mL d'iodure de potassium. On ajoute une solution de sulfate de fer III. Observations : .................................................................................................................................................................................................. ........................................................................................................................................................................................................................................... Cette coloration est due à la présence de diiode. Test complémentaire : On rajoute de la soude, il se forme ............................................................................................................................................................... Etat initial : Etat final : Une partie des ions iodure a réagi avec les ions fer III pour former du diiode et des ions fer II. La transformation chimique qui a lieu a pour équation : ........................................................................................... Dans ce cas, on peut vérifier la conservation des charges et des éléments par essais successifs, mais les coefficients ne se trouvent pas de façon immédiate. TP Chimie 2/3 4) Réaction entre les ions permanganate et les ions fer II Exp : dans un tube à essais, on introduit une solution contenant des ions fer II. On ajoute une solution de permanganate de potassium. On arrête l'ajout lorsque la solution commence à se teinter. Observations : ......................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................... Test complémentaire : On rajoute de la soude, il se forme alors un ................................................................................ La disparition de la couleur de la solution montre que ........................................................................................... sont le réactif limitant. Etat initial : Etat final : Au cours de cette réaction, les ions permanganate et les ions fer II ont réagit ensemble pour former des ions manganèse et des ions fer III. Dans ce cas il est difficile d'écrire l'équation de la transformation chimique comme nous l'avons fait précédemment. II- Couple oxydant / réducteur 1) Oxydant et réducteur Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons. Ex : ............... dans l'expérience I-1) et .............. dans l'expérience I-2) sont des oxydants. Un réducteur est une espèce chimique capable de perdre un ou plusieurs électrons. Ex : ............ dans l'expérience I-1), ............ dans l'expérience I-2) et ............ dans l'expérience I-3) sont des réducteurs. 2) Couple oxydant / réducteur Un couple oxydant / réducteur est constitué de deux espèces chimiques pouvant se transformer l'une en l'autre par transfert d'électrons. A chaque couple oxydant / réducteur, on associe une demi-équation dans laquelle on utilise le signe = à la place de la flèche → car il ne s'agit pas d'une transformation à proprement parler. Par convention, l'oxydant est placé à gauche lorsqu'on écrit la demi-équation. réduction Cas des couples ion métallique / métal L'oxydant et le réducteur ne diffèrent que par leur nombre d'électrons. ➢ Ex : couple Cu2+ / Cu couple Fe3+ / Fe2+ oxydant + n e- = réducteur oxydation ............................................................................. ............................................................................. ➢ Cas général Un couple oxydant / réducteur est l'ensemble d'un oxydant et d'un réducteur conjugués. Pour écrire une demi-équation, il faut : – équilibrer l'élément caractéristique du couple considéré – équilibrer l'élément oxygène en ajoutant éventuellement de l'eau H2O – équilibrer l'élément hydrogène en ajoutant éventuellement des ions hydrogène H+(aq) – équilibrer les charges en ajoutant des électrons e- Ex : couple MnO4- / Mn2+ couple HClO / Cl2 .......................................................................................................................................................... (acide hypochloreux / dichlore) .......................................................................................................................................................... 3) Caractère oxydant ou réducteur depuis la classification périodique La position des éléments dans la classification périodique indique si les corps simples correspondants sont des réducteurs ou des oxydants. Les principaux réducteurs sont les métaux, ils sont situés à gauche dans la classification. Ce sont les métaux alcalins (1ère colonne) et les alcalino-terreux (2ème colonne) car ils se transforment facilement en cations métalliques en cédant un ou plusieurs électrons. Ex : sodium calcium ............................................................................. ............................................................................. Les principaux oxydants sont les corps simples correspondant à des éléments situés dans la partie droite de la classification ; en particulier les dihalogènes et le dioxygène, qui se transforment facilement en anions en captant des électrons. Ex : chlore ............................................................................. Rq : Le cuivre est en général un oxydant mais il agit en tant que réducteur dans l'expérience I-2). TP Chimie 3/3 III- Réactions d'oxydoréduction 1) Ecriture d'une équation d'oxydoréduction Une réaction d'oxydoréduction fait intervenir deux couples oxydant / réducteur. Il se produit un transfert d'électrons entre le réducteur d'une couple et l'oxydant de l'autre couple. Les électrons n'existent pas à l'état libre en solution aqueuse : tous les électrons cédés par le réducteur sont captés par l'oxydant. Pour écrire une équation d'oxydoréduction et uniquement dans ce cas, on peut écrire la demi-équation du couple dont le réducteur est mis en jeu dans le sens non conventionnel. Ex 1 : réaction entre le cuivre métallique et les ions argent : Ag+ / Ag ............................................................................. Cu2+ / Cu ............................................................................. (×.....) (×.....) Ex 2 : réaction entre les ions permanganate et les ions fer II MnO4- / Mn2+ .......................................................................................................................................................... Fe3+ / Fe2+ .......................................................................................................................................................... Cas général : Ox1 / Red1 Ox2 / Red2 (×.....) (×.....) Ox1 + n1 e= Red1 (×n2) Red2 = Ox2 + n2 e(×n1) n2 Ox1 + n1Red2 → n2 Red1 + n1 Ox2 2) cas particulier : la dismutation La dismutation est la réaction d'oxydoréduction qui a pour réactif une espèce chimique qui est à la fois oxydant et réducteur pour deux couples différents. Ex : l'eau oxygénée H2O2 / H2O (×.....) .......................................................................................................................................................... O2 / H2O2 (×.....) .......................................................................................................................................................... Rq : l'équation de cette réaction d'oxydoréduction ne fait intervenir que des espèces non chargées bien que la réaction se fasse par transfert d'électrons. IV- Exemples 1) Réaction entre le diiode et les ions thiosulfate Exp : On introduit dans un bécher, une solution brune de diiode. On ajoute goutte à goutte une solution incolore de thiosulfate de sodium. Observation : La solution passe par une couleur jaune paille puis devient incolore. Cette décoloration est observable à la goutte près, elle à lieu lorsque le diiode et les ions thiosulfate ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, on pourra utiliser cette réaction pour doser le diiode. I2 / IS4O62- / S2O32- ................................................................................................................ ................................................................................................................ (×.....) (×.....) 2) La glycolyse La glycolyse est la réaction de dégradation du glucose en éthanol. Cette transformation s'explique par un mécanisme d'oxydoréduction. La nicotinamide adénine dinucléotide (notée NADH sous sa forme réduite) est une enzyme permettant sous sa forme oxydée (NAD +) de dégrader le glucose C6H12O6 en acide pyruvique C3H4O3, selon la réaction : NAD+ / NADH (×.....) .......................................................................................................................................................... C3H4O3 / C6H12O6 (×.....) .......................................................................................................................................................... L'acide pyruvique est ensuite transformé en acétaldéhyde C2H4O selon un processus propre à la fermentation : C3H4O3 → C2H4O + CO2 Une nouvelle réaction d'oxydoréduction entre l'acétaldéhyde et la forme réduite de l'enzyme a alors lieu pour former de l'éthanol C2H6O. NAD+ / NADH (×.....) .......................................................................................................................................................... C2H4O / C2H6O (×.....) ..........................................................................................................................................................
