SEQUENCE 05 TP02 classement oxydo

Classification électrochimique des métaux
Information
Les métaux et leurs cations forment des couples oxydo-réducteurs susceptibles de donner des réactions chimiques par échange
d'électrons entre les formes oxydante et réductrice de deux couples différents.
Ces réactions peuvent se faire directement par action d'un métal sur un ion métallique appartenant à un autre couple.
L'étude de ces diverses réactions permettra de réaliser un classement des divers ions métalliques selon leur pouvoir oxydant ou des
métaux en fonction de leur pouvoir réducteur croissant.
A) Manipulation
1. Réaction entre le métal zinc et l'ion cuivre II
1.1. Mode opératoire
a) Réalisation de la réaction
 Dans un bécher, verser environ 40 mL d'une solution de sulfate de cuivre, puis ajouter 1 plaque de zinc.
b) Exploitation
 Y a-t-il un dépôt ? (répondre dans le tableau)
 Si oui, en fonction des espèces chimiques présentes, quel est le métal apparu ? (répondre dans le tableau)
 En déduire l’espèce ionique apparue ?
1.2. Conclusion
 Ecrire les demi-équations électroniques : (répondre dans le tableau).
 En déduire l’oxydant et le réducteur. Placer les couples dans le tableau
2. Réaction entre le métal zinc et d’autres ions métalliques
 Préparer 4 béchers contenant les ions Fe
2+
(sulfate de fer), Ag
+
(nitrate d’argent), Pb
2+
(nitrate de plomb).
 Chaque bécher devra être identifié, écrire au feutre dessus ou placer une feuille de papier avec le nom de la solution. NE PAS
JETER LES SOLUTIONS AVANT LA FIN DU TP.
 Plonger la plaque de zinc dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant
chaque expérience.
 Compléter le tableau des réactions en annexe.
3. Réaction entre le métal fer et les ions métalliques Pb
2+
, Cu
2+
, Zn
2+
, Ag
+
,
 Plonger la plaque de fer dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant
chaque expérience.
 Compléter le tableau des réactions en annexe.
4. Réaction entre le métal cuivre et les ions métalliques Pb
2+
, Fe
2+
, Zn
2 +
, Ag
+
 Plonger la plaque de cuivre dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant
chaque expérience.
 Compléter le tableau des réactions en annexe.
5. Réaction entre le métal plomb et les ions métalliques Cu
2+
, Fe
2+
, Zn
2+
, Ag
+
 Plonger la plaque de plomb dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant
chaque expérience.
 Compléter le tableau des réactions en annexe.
6. Réaction entre le métal argent et les ions métalliques Cu
2+
, Fe
2+
, Zn
2+
, Pb
2+
 Plonger la plaque de plomb dans chaque solution et répondre aux même questions 1.1.b et 1.2. Nettoyer et frotter la lame avant
chaque expérience.
 Compléter le tableau des réactions en annexe.
B) Classement électrochimique des métaux
1. Classement des ions métalliques selon leur pouvoir oxydant et des métaux selon leur pouvoir réducteur
a) Indiquer les métaux oxydés :
par l’ion Cu
2+
: Zn, Fe, Pb par l’ion Fe
2+
: Zn
par l’ion Zn
2+
: aucun par l’ion Pb
2+
Zn,Fe
par l’ion Ag
+
Zn, Fe, Pb, Cu
b) Classer d’après ces observations les ions métalliques selon pouvoir oxydant croissant :
Zn
2+
< Fe
2+
< Pb
2+
< Cu
2+
< Ag
+
c) Indiquer les ions métalliques réduits :
par le métal zinc Zn : Cu
2+
,Fe
2+
,Pb
2+
,Ag
+
par le métal cuivre Cu : Ag
+
par le métal fer Fe : Cu
2+
,Fe
2+
,Pb
2+
, par le métal plomb : Pb Cu
2+
,Ag
+
par le métal argent Ag :

d) Classer d’après ces observations les métaux selon pouvoir réducteur croissant :
Ag<Cu <Pb <Fe < Zn
2. Classement des couples oxydo-réducteur
Les deux classements précédents peuvent être résumé en un seul qui va classer les couples ion métallique/métal.
On place les couples sur un axe horizontal, l'ion métallique (oxydant) en haut, le métal (réducteur) en bas. Le pouvoir oxydant
augmente vers la droite, le pouvoir réducteur vers la gauche.
 Compléter la figure suivante :
C) Place du Couple H
+
/ H
2
Le couple H
+
/ H
2
est un couple oxydo-réducteur particulièrement important, bien que non métallique.
 Réaliser des expériences pour déterminer le pouvoir oxydant de l’ion H
+
.
 Placer le couple H
+
/H
2
dans le classement des métaux ci-dessus.
4. Prévisions de réactions de l’acide chlorhydrique sur l’aluminium
 Prévoir, d’après la position du couple dans la classification ci-dessus, si l’acide chlorhydrique attaque le métal aluminium.
 Vérifier en réalisant les expériences et conclure.
Solution de sulfate de
cuivre Solution de sulfate de fer II Solution de nitrate d’argent
Réaction entre le métal zinc
et l’ion métallique Cu
2+
Fe
2+
Ag
+
Dépôt (oui ou non) oui oui oui
Nature du dépôt Dépôt rougeâtre de
cuivre Dépôt de fer Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation Zn  Zn
2+
+ 2e
-
Zn  Zn
2+
+ 2e
-
Zn  Zn
2+
+ 2e
-
Demi-équation de réduction Cu
2+
+ 2 e
-
 Cu Fe
2+
+ 2 e
-
 Fe Ag
+
+ e
-
 Ag
Equation générale Cu
2+
+ Zn  Cu + Zn
2+
Fe
2+
+ Zn  Fe + Zn
2+
2Ag
+
+ Zn  2Ag +
Zn
2+
Couples Oxydant/réducteur Cu
2+
/Cu
Zn
2+
/Zn Fe
2+
/Fe
Zn
2+
/Zn Ag
+
/Ag
Zn
2+
/Zn
Solution de nitrate de
plomb
Réaction entre le métal zinc
et l’ion métallique Pb
2+
Dépôt (oui ou non) oui
Nature du dépôt Dépôt de plomb
Demi-équation d’oxydation Zn  Zn
2+
+ 2e
-
Demi-équation de réduction Pb
2+
+ 2 e
-
 Pb
Equation générale Pb
2+
+ Zn  Pb + Zn
2+
Couples Oxydant/réducteur Pb
2+
/Pb
Zn
2+
/Zn
pouvoir
oxydant
croissant
pouvoir
réducteur
croissant
Al
3+
Al
Zn
2+
Zn
Fe
2+
Fe
Pb
2+
Pb
Cu
2+
Cu
Ag
+
Ag

Solution de sulfate de
cuivre Solution de sulfate de zinc Solution de nitrate d’argent
Réaction entre le métal fer
et l’ion métallique Cu
2+
Zn
2+
Ag
+
Dépôt (oui ou non) oui non oui
Nature du dépôt Dépôt rougeâtre de
cuivre Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation Fe  Fe
2+
+ 2e
-
Fe  Fe
2+
+ 2e
-
Demi-équation de réduction Cu
2+
+ 2 e
-
 Cu Ag
+
+ e
-
 Ag
Equation générale Cu
2+
+ Fe  Cu + Fe
2+
2Ag
+
+ Fe  2Ag + Fe
2+
Couples Oxydant/réducteur Cu
2+
/Cu
Fe
2+
/Fe Ag
+
/Ag
Fe
2+
/Fe
Solution de nitrate de
plomb
Réaction entre le métal fer
et l’ion métallique Pb
2+
Dépôt (oui ou non) oui
Nature du dépôt Dépôt de plomb
Demi-équation d’oxydation Fe  Fe
2+
+ 2e
-
Demi-équation de réduction Pb
2+
+ 2 e
-
 Pb
Equation générale Pb
2+
+ Fe  Pb + Fe
2+
Couples Oxydant/réducteur Fe
2+
/Fe
Zn
2+
/Zn
Solution de sulfate de
zinc Solution de sulfate de fer Solution de nitrate d’argent
Réaction entre le métal
cuivre et l’ion métallique Zn
2+
Fe
2+
Ag
+
Dépôt (oui ou non) non non oui
Nature du dépôt Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation Cu  Cu
2+
+ 2e
-
Demi-équation de réduction Ag
+
+ e
-
 Ag
Equation générale 2Ag
+
+Cu  2Ag + Cu
2+
Couples Oxydant/réducteur Ag
+
/Ag
Cu
2+
/Cu
Solution de nitrate de
plomb
Réaction entre le métal
cuivre et l’ion métallique Pb
2+
Dépôt (oui ou non) non
Nature du dépôt
Demi-équation d’oxydation
Demi-équation de réduction
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur

Solution de sulfate de
cuivre Solution de sulfate de fer Solution de sulfate de zinc
Réaction entre le métal
argent et l’ion métallique Cu
2+
Fe
2+
Zn
2+
Dépôt (oui ou non) non non non
Nature du dépôt
Demi-équation d’oxydation
Demi-équation de réduction
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Solution de nitrate de
plomb
Réaction entre le métal
argent et l’ion métallique Pb
2+
Dépôt (oui ou non) non
Nature du dépôt
Demi-équation d’oxydation
Demi-équation de réduction
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Solution de sulfate de
zinc Solution de sulfate de fer Solution de nitrate d’argent
Réaction entre le métal
plomb et l’ion métallique Zn
2+
Fe
2+
Ag
+
Dépôt (oui ou non) non non oui
Nature du dépôt Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation Pb  Pb
2+
+ 2e
-
Demi-équation de réduction Ag
+
+ e
-
 Ag
Equation générale 2Ag
+
+Pb  2Ag + Pb
2+
Couples Oxydant/réducteur Ag
+
/Ag
Pb
2+
/Pb
Solution de sulfate de
cuivre
Réaction entre le métal
plomb et l’ion métallique Cu
2+
Dépôt (oui ou non) oui
Nature du dépôt Dépôt de cuivre
Demi-équation d’oxydation Pb  Pb
2+
+ 2e
-
Demi-équation de réduction Cu
2+
+ 2 e
-
 Cu
Equation générale Cu
2+
+ Zn  Cu + Zn
2+
Couples Oxydant/réducteur Cu
2+
/Cu
Pb
2+
/Pb

Classification électrochimique des métaux
Information
L’association de demi-piles par un pont salin constitue une pile électrochimique dont on pourra mesurer la
différence de potentiel (force électromotrice (tension à vide) de la pile) avec un voltmètre.
Une demi-pile est formée par un couple Ox/red dont l’électrode du métal plonge dans une solution d’un de ses
sels.
On note une pile par la suite des éléments qui la constituent : Red1 / Ox1 / / Ox2/Red2.
A) Manipulation
1. Pile Zinc-Cuivre
a) Réaliser une pile : Zn / Zn
2+
/pont salin / Cu
2+
/ Cu
 Mesurer sa force électromotrice (tension à vide) à l'aide d'un voltmètre. (répondre dans le tableau
 Indiquer quel est le pôle + et le pôle – de la pile. (répondre dans le tableau
b) Interprétation :
La mesure de la force électromotrice (tension à vide) permet de déduire la circulation d'un courant électrique.
L'identification des pôles de la pile permet de déduire le sens de circulation des électrons dans le conducteur
extérieur. Les électrons sont produits à l'électrode de zinc et consommés à l'électrode de cuivre. Le zinc est
donc oxydé en Zn
2+
fournissant au circuit extérieur deux électrons qui vont aller à l'électrode de cuivre. A
l'électrode de cuivre les ions Cu
2+
captent les électrons fournis par le conducteur extérieur et donnent du cuivre
métallique.
Pôle moins : Zn  Zn
2+
+ 2 e
-
Pôle plus : Cu
2+
+ 2 e
-
 Cu
Bilan : Zn + Cu
2+
 Zn
2+
+ Cu
Ici l'échange électronique se fait par l'intermédiaire du conducteur extérieur.
V
Pont salin
Electrode
(Métal M2)
Electrode
(Métal M1)
Solution
contenant des ions
du métal M2
Solution
contenant des ions
du métal M1