7. Oxydoréduction
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Sciences BMA Ébénisterie 1/6 Ch. 7. Oxydoréduction Résumé 7. Oxydoréduction Exercices Objectifs : • • • • Identifier l'oxydant et le réducteur, l'oxydation et la réduction. Écrire la demi-équation d'un couple rédox. Écrire l'équation bilan d'une réaction d'oxydoréduction Déterminer le point équivalent d'un dosage 1. Comment réagit un métal avec un ion métallique Expérience 1 : Action des ions cuivre II sur le métal fer Matériel Début Schéma du montage - un support avec 3 tubes à essais : - solution de sulfate de Cuivre, tube 1 - limaille de fer, tube 2 - soude - Verser 3 mL de la solution de sulfate de cuivre II dans le tube contenant de la limaille de fer. Agiter. 1 2 3 Compte rendu de l'expérience - Observer l'aspect de la limaille de fer et le changement de couleur de la solution en quelques minutes. ........................................................................ - Verser un peu de la solution du tube 2 dans le tube 3 où vous ajoutez quelques gouttes de soude. ........................................................................ ........................................................................ ........................................................................ 1. Quel métal s'est déposé sur la limaille de fer ? ...................................................................................................................................................... Quel ion est mis en évidence par le test de la soude ? ...................................................................................................................................................... 2. Comment passer d'un atome de fer à un ion fer II Fe2+ ? ....................................................................................................... ............................................... Compléter l'équation traduisant cette transformation : Fe → ..... + ..... 3. Comment passer d'un ion cuivre II Cu2+ à un atome de cuivre ? ...................................................................................................... ............................................... Compléter l'équation traduisant cette transformation : Cu2+ + ..... → ..... 4. Écrire l'équation bilan de la réaction entre le métal fer et les ions cuivre II Cu2+ ...................................................................................................................................................... Sciences BMA Ébénisterie 2/6 Ch. 7. Oxydoréduction Expérience 2 : Action des ions argent sur le métal cuivre Matériel Début Schéma du montage - un support avec 3 tubes à essais : - solution de nitrate d'argent, tube 1 - fil de cuivre, tube 2 - soude - Verser 3 mL de la solution de nitrate d'argent dans le tube contenant le fil de cuivre. Agiter. 1 2 3 Compte rendu de l'expérience - Observer l'aspect du fil de cuivre et le changement de couleur de la solution en quelques minutes. ........................................................................ - Verser un peu de la solution du tube 2 dans le ........................................................................ tube 3 où vous ajoutez quelques gouttes de soude. ........................................................................ ........................................................................ 1. Quelle est la nature du dépôt apparu sur le fil de cuivre ? ...................................................................................................................................................... Quel ion est mis en évidence par le test de la soude ? ...................................................................................................................................................... 2. Comment passer d'un atome de cuivre à un ion cuivre II Cu2+ ? ...................................................................................................................................................... Compléter l'équation traduisant cette transformation : Cu → ..... + ..... 3. Comment passer d'un ion argent Ag+ à un atome d'argent ? ...................................................................................................................................................... Compléter l'équation traduisant cette transformation : Ag+ + ..... → ..... 4. Écrire l'équation bilan de la réaction entre le métal cuivre et les ions argent Ag+. ...................................................................................................................................................... Sciences BMA Ébénisterie 3/6 Ch. 7. Oxydoréduction 2. Qu'est-ce qu'une électrolyse ? Expérience 3 : cuivrage d'un clou en fer par électrolyse Matériel Début Schéma du montage - un support avec agitateur magnétique - solution de chlorure de cuivre II dans un bécher, - électrodes : fil de cuivre et clou en fer, - deux pinces crocodiles, - un générateur 12 V continu, - un rhéostat, - un ampèremètre, - quatre fils de connexion. - Réaliser le montage électrique ci-contre : le clou en fer est relié à la borne ( – ). Compte rendu de l'expérience - Agiter constamment la solution pour maintenir l'intensité du courant à 0,5 A. ........................................................................ - Laisser la réaction se poursuive pendant 30 min. ........................................................................ - Observer l'aspect du clou de fer et l'état du fil de cuivre. ........................................................................ ........................................................................ 1. Quel est le sens du courant dans le circuit électrique ? ...................................................................................................................................................... 2. Quel est le sens de déplacement des électrons dans les conducteurs métalliques ? ...................................................................................................................................................... 3. Quel est le sens de déplacement des ions cuivre II dans la solution ? ...................................................................................................................................................... 4. À quelle électrode se produit : - la réaction d'oxydation ? ........................................................................................................... - la réaction de réduction ? .......................................................................................................... 5. Écrire les demi-équations électroniques correspondantes ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 6. Pourquoi cette électrolyse est-elle appelée électrolyse « à anode soluble » ? ...................................................................................................................................................... Sciences BMA Ébénisterie 4/6 A retenir Ch. 7. Oxydoréduction Début Exercice 1. Réaction d'oxydoréduction - Une réaction d'oxydoréduction est un échange d'électrons entre un réducteur et un oxydant. - Un oxydant est une espèce chimique (atome, molécule ou ion) qui est réduite en gagnant un ou plusieurs électrons. - Un réducteur est une espèce chimique qui est oxydée en perdant un ou plusieurs électrons. Exemple : lorsque le fer est oxydé, il perd des électrons pour devenir un ion fer, cest un réducteur. - Au cours d'une réaction d'oxydoréduction, il y a simultanément oxydation du réducteur et réduction de l'oxydant. Pouvoir oxydant croissant de l'ion 3. Potentiel standard d'oxydoréduction. À chaque couple redox est associé un potentiel standard d'oxydoréduction. Le pôle positif d'une pile est le métal du couple de potentiel standard le plus élevé. La f.é.m. est donnée par la formule : E = E(+) – E(–). Exemple : dans le cas d'une pile zinc-cuivre : E = E(Cu2+ / Cu) – E(Zn2+ / Zn) = 0,34 – (– 0,76) = 1,10 V. Ag+ Cu2+ Fe2+ Zn2+ Al3+ Mg2+ – – – – – – Ag Cu Fe Zn Al Mg Pouvoir réducteur croissant du métal 2. Couple oxydant / réducteur (ou redox) - Le couple Fe2+ / Fe constitue un couple redox. Fe2+ est l'oxydant du couple, Fe le réducteur conjugué. La capture de deux électrons par l'oxydant Fe2+ donne le réducteur Fe selon la demi-équation électronique : Fe2+ + 2 e – → Fe - En règle générale, deux espèces chimiques, notées Ox et Red, constituent un couple redox Ox / Red si l'oxydant Ox capte n électrons pour donner le réducteur Red selon la demi-équation électronique : Ox + n e – → Red - Par convention, l'oxydant figure toujours en premier dans l'écriture du couple. - Les couples redox sont classés les uns par rapport aux autres. Plus le réducteur du couple Ox / Red est fort, plus le couple est 2+ situé en position basse dans la classification, et plus l'oxydant est Cu – Cu faible. Exemple : le couple Zn2+ / Zn est bas dans la classification car le métal zinc est un bon réducteur. - La classification aide à prévoir si une oxydoréduction est possible naturellement entre deux couples redox. 2+ Exemple : une réaction naturelle peut se produire entre l'oxydant le Fe plus fort Cu2+ et le réducteur le plus fort Fe. Une réaction naturelle peut se produire entre l'oxydant le plus fort H+ et le réducteur le plus fort Fe, mais pas le cuivre Cu. Cu2+ – Cu H+ – H2 Fe2+ – E (V) Ag+ / Ag – Cu2+/ Cu 0,80 H+ / H2 – – Pb2+/ 0,13 Pb 2+ Fe / Fe – Zn2+/ Zn 0,44 4. Électrolyse 3+ Une électrolyse est une réaction d'oxydoréduction forcée par un générateur.Al / Al Exemple : électrolyse d'une solution de cuivre II, dite à « anode soluble » en cuivre : - oxydation du cuivre à l'anode : Cu → Cu2+ + 2 e – - réduction des ions Cu2+ à la cathode : Cu2+ + 2 e – → Cu les atomes de cuivre de l'anode se transforment en ions cuivre Cu2+ et passent dans la solution. Sciences BMA Ébénisterie 5/6 Exercices Ch. 7. Oxydoréduction Début Résumé I : Trouvez les réactions d'oxydation et les réactions de réduction : a) 2I– → I2 + 2e- b) Al → Al3+ + 3e- c) Na+ + e- → Na d) Br2 + 2e- → 2Br- Dites, pour chaque réaction, quelle est la forme oxydante et quelle est la forme réductrice. II : Reconstituer les couples oxydant / réducteur et les demi-réactions : Ag+, H2, Sn2+, Fe, Ag, NO, Al, Cl2, Haq+, Zn, Fe2+, NO3-, Cl-, Sn, Zn2+, Al3+. III : Un clou de masse 500 mg est plongé dans 50 mL d'acide chlorhydrique à 1,0 mol / L. a) Écrire l'équation bilan de la réaction. b) Calculer le volume de dihydrogène dégagé, lorsque tout le clou a été oxydé. c) Calculer la concentration de toute les espèces ioniques présentes dans la solution en fin de réaction. IV : En utilisant le tableau de classement des couples oxydant-réducteur, justifier l'action de l'acide chlorhydrique sur le fer et sur le cuivre. Écrire les réactions. couple E° (en V) Demi-équation Cl2/Cl- 1,36 Cl2 + 2e- 2 Cl- Fe3+/Fe2+ 0,77 Fe3+ + e- Fe2+ Cu2+/Cu 0,34 Cu2+ + 2e- Cu H+/H2 0 2H+ + 2e- H2 Fe2+/Fe -0,44 Fe2+ + 2e- Fe V : On constitue une pile avec deux électrodes de platine plongeant, la première dans une solution acidifiée contenant des ions I- et la deuxième dans une solution contenant des ions en milieu acide Cr2O72- . On a : E°(I2/I-) = 0,54 V et E°(Cr2O72-/Cr3+) = 1,33 V. Expliquez ce qu'il se passe. VI : a) Comment constituer une pile faisant intervenir les couples Cu2+/Cu et Ni2+/Ni ? b) Quel est le pôle positif de la pile ? Que vaut sa f.é.m ? Valeur des potentiels normaux : E°(Cu2+/Cu) = 0,34 V ; E° Ni2+/Ni) = - 0,23 V c) Comment la masse de l'électrode négative varie-t-elle lorsque la pile débite un courant de 10 mA pendant 2 heures ? Sciences BMA Ébénisterie 6/6 Ch. 7. Oxydoréduction VII : L'opération de blanchiment, en photographie, consiste à transformer les atomes d'argent en ions argent Ag+. Pour faire une telle opération, on utilise du bichromate de potassium (K2Cr2O7) en milieu acide. La demi-équation concernant l'ion bichromate s'écrit : Cr2O72- + H+ + e- → Cr3+ + H2O a) Équilibrez cette demi-équation. b) Écrivez la demi-équation correspondant à l'élément argent. c) Écrivez l'équation bilan totale. d) Trouvez la masse de bichromate de potassium qu'il faut pour traiter 0,2 g d'argent. On donne en g / mol : Cr = 52 ; K = 39 ; O = 16 ; Ag = 108. VIII : On veut doser une solution d'eau oxygénée (H2O2) : on en met 10 ml dans un bécher avec un peu d'acide sulfurique. On y verse du permanganate de potassium (KMnO4) de concentration C0 = 0,02 mol / L. La couleur violette persiste à partir d'un volume versé v0 = 19,6 ml. a) Écrire la réaction. b) Trouver la concentration C1 de l'eau oxygénée. IX : Pour protéger la coque d'un navire, on y fixe un plaque de magnésium dont le potentiel oxydoréducteur est - 2,6 V. a) Expliquer pourquoi, tant qu'il reste du magnésium, la coque n'est pas attaquée. b) Lors d'un voyage en mer, 300 kg de magnésium ont disparu. - Quelle quantité d'électricité a circulé dans la coque ? - Quelle masse de fer aurait été oxydée en l'absence de magnésium? X : Pour protéger une canalisation en fonte, on la relie par un fil conducteur à un bloc de zinc. En l'absence de bloc de zinc, la perte annuelle en fer serait de 0,274 kg / m2. La canalisation a un diamètre extérieur de 0,80 m. Quelle est la masse de zinc consommée par an et par mètre de canalisation ? XI : On place une anode en zinc de 1 kg sur la coque d'un navire. Le courant de corrosion a une intensité moyenne se 500 mA. Calculer la durée de vie maximale de l'anode. Zn = 65,4 g.mol-1 ; 1 faraday = 96500 C
