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 Fe2+ (sulfate de fer), Ag+ (nitrate d’argent), Pb2+ (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 Pb2+, Cu2+, Zn2+, 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 Pb2+, Fe2+, Zn2 +, 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 Cu2+, Fe2+, Zn2+, 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 Cu2+, Fe2+, Zn2+, Pb2+
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 Cu2+ : Zn, Fe, Pb
par l’ion Fe2+ : Zn
2+
par l’ion Zn : aucun
par l’ion Pb2+ Zn,Fe
+
par l’ion Ag Zn, Fe, Pb, Cu
b) Classer d’après ces observations les ions métalliques selon pouvoir oxydant croissant :
Zn2+< Fe2+
< Pb2+ < Cu2+ < Ag+
c) Indiquer les ions métalliques réduits :
par le métal zinc Zn : Cu2+,Fe2+,Pb2+,Ag+
par le métal fer Fe : Cu2+,Fe2+,Pb2+,
par le métal argent Ag :
par le métal cuivre Cu : Ag+
par le métal plomb : Pb Cu2+,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 :
Al3+
Zn2+
Fe2+
Pb2+
Cu2+
Ag+
Al
Zn
Fe
Pb
Cu
Ag
pouvoir
oxydant
croissant
pouvoir
réducteur
croissant
C) Place du Couple H+ / H2
Le couple H+ / H2 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+/H2 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.
Réaction entre le métal zinc
et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Nature du dépôt
Solution de sulfate de
cuivre
Cu2+
oui
Dépôt rougeâtre de
cuivre
Solution de sulfate de fer
II
Fe2+
oui
Solution de nitrate
d’argent
Ag+
oui
Dépôt de fer
Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation
Zn Zn2+ + 2e-
Zn Zn2+ + 2e-
Zn Zn2+ + 2e-
Demi-équation de réduction
Cu2+ + 2 e- Cu
Fe2+ + 2 e- Fe
Ag+ + e- Ag
2Ag+ + Zn 2Ag +
Zn2+
Ag+/Ag
Zn2+/Zn
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Réaction entre le métal zinc
et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Nature du dépôt
Cu2+ + Zn Cu + Zn2+
Cu2+/Cu
Zn2+/Zn
Solution de nitrate de
plomb
Pb2+
oui
Dépôt de plomb
Demi-équation d’oxydation
Zn Zn2+ + 2e-
Demi-équation de réduction
Pb2+ + 2 e- Pb
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Pb2+ + Zn Pb + Zn2+
Pb2+/Pb
Zn2+/Zn
Fe2+ + Zn Fe + Zn2+
Fe2+/Fe
Zn2+/Zn
Réaction entre le métal fer
et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Solution de sulfate de
cuivre
Cu2+
oui
Solution de sulfate de
zinc
Zn2+
non
Solution de nitrate
d’argent
Ag+
oui
Dépôt rougeâtre de
cuivre
Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation
Fe Fe2+ + 2e-
Fe Fe2+ + 2e-
Demi-équation de réduction
Cu2+ + 2 e- Cu
Ag+ + e- Ag
Nature du dépôt
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Réaction entre le métal fer
et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Nature du dépôt
Cu2+ + Fe Cu + Fe2+
2Ag+ + Fe 2Ag + Fe2+
Cu2+/Cu
Fe2+/Fe
Ag+/Ag
Fe2+/Fe
Solution de nitrate de
plomb
Pb2+
oui
Dépôt de plomb
Demi-équation d’oxydation
Fe Fe2+ + 2e-
Demi-équation de réduction
Pb2+ + 2 e- Pb
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Réaction entre le métal
cuivre et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Pb2+ + Fe Pb + Fe2+
Fe2+/Fe
Zn2+/Zn
Solution de sulfate de
zinc
Zn2+
non
Nature du dépôt
Solution de sulfate de fer
Fe2+
non
Solution de nitrate
d’argent
Ag+
oui
Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation
Cu Cu2+ + 2e-
Demi-équation de réduction
Ag+ + e- Ag
2Ag+ +Cu 2Ag + Cu2+
Equation générale
Ag+/Ag
Cu2+/Cu
Couples Oxydant/réducteur
Réaction entre le métal
cuivre et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Nature du dépôt
Demi-équation d’oxydation
Demi-équation de réduction
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Solution de nitrate de
plomb
Pb2+
non
Réaction entre le métal
argent et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Solution de sulfate de
cuivre
Cu2+
non
Solution de sulfate de fer
Fe2+
non
Solution de sulfate de
zinc
Zn2+
non
Nature du dépôt
Demi-équation d’oxydation
Demi-équation de réduction
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Réaction entre le métal
argent et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Solution de nitrate de
plomb
Pb2+
non
Nature du dépôt
Demi-équation d’oxydation
Demi-équation de réduction
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Réaction entre le métal
plomb et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Solution de sulfate de
zinc
Zn2+
non
Nature du dépôt
Solution de sulfate de fer
Fe2+
non
Solution de nitrate
d’argent
Ag+
oui
Dépôt d’argent
Demi-équation d’oxydation
Pb Pb2+ + 2e-
Demi-équation de réduction
Ag+ + e- Ag
2Ag+ +Pb 2Ag + Pb2+
Equation générale
Ag+/Ag
Pb2+/Pb
Couples Oxydant/réducteur
Réaction entre le métal
plomb et l’ion métallique
Dépôt (oui ou non)
Nature du dépôt
Solution de sulfate de
cuivre
Cu2+
oui
Dépôt de cuivre
Demi-équation d’oxydation
Pb Pb2+ + 2e-
Demi-équation de réduction
Cu2+ + 2 e- Cu
Equation générale
Couples Oxydant/réducteur
Cu2+ + Zn Cu + Zn2+
Cu2+/Cu
Pb2+/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.
V
Electrode
(Métal M1)
Pont salin
Electrode
(Métal M2)
Solution
contenant des ions
du métal M1
Solution
contenant des ions
du métal M2
A) Manipulation
1. Pile Zinc-Cuivre
a) Réaliser une pile : Zn / Zn2+ /pont salin / Cu2+/ 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 Zn2+ fournissant au circuit extérieur deux électrons qui vont aller à l'électrode de cuivre. A
l'électrode de cuivre les ions Cu2+ captent les électrons fournis par le conducteur extérieur et donnent du cuivre
métallique.
Pôle moins : Zn Zn2+ + 2 ePôle plus : Cu2+ + 2 e- Cu
Bilan : Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
Ici l'échange électronique se fait par l'intermédiaire du conducteur extérieur.
2. Autres piles
Réaliser les piles indiquées dans le tableau et mesurer leur force électromotrice (tension à vide)
Ecrire la pile sous la forme Red1 / Ox1 / / Ox2/Red2.
Indiquer le pôle + pour chaque pile.
Interpréter les réactions qui se produisent aux électrodes.
Borne V ↓
E°
Ag+ (aq)/: Ag(s)
0,74 (0,80)
Cu2+ (aq)/ Cu(s)
0,34 V
Pb2+ (aq)/Pb(s)
-0,14
Fe2+ (aq)/ Fe(s)
-0,15( –0,44)
Zn2+ (aq)/Zn(s)
-0,71
Ag+ (aq)/ Ag(s)
Cu2+ (aq)/ Cu(s)
Pb2+ (aq)/Pb(s)
Fe2+ (aq)/ Fe(s)
Zn2+ (aq)/Zn(s)
0,40
0,86
0,89
1,42
0,48
0,49
1,05
0,03
0,56
0,50
B) Classement quantitatif des couples
1. Montrer, à partir des observations précédentes qu'on retrouve le classement électrochimique des métaux.
2. Utiliser les valeurs des force électromotrice (tension à vide) trouvées pour calculer les potentiels E°
3. Classer quantitativement les couples. Sur un axe on placera les divers couples en les écartant d'une distance
proportionnelle à la force électromotrice (tension à vide) de la pile les mettant en jeu. Le couple H+ (aq)/H2(g)qui
est par convention au potentiel 0V.
C) Prévision de la force électromotrice (tension à vide) d'une pile
Utiliser le tableau pour prévoir les polarités et la force électromotrice (tension à vide) de l'ensemble de ces deux
piles semble pile et vérifier expérimentalement le résultat obtenu.
sulfate de
cuivre +
électrode
de cuivre
sulfate de
cuivre +
électrode
de cuivre
sulfate de fer
sulfate de
zinc +
électrode
de zinc
sulfate de zinc
sulfate de
fer +
électrode
de fer