Importance des réactions d`oxydoréduction et

La mesure en chimie - Comment déterminer des quantités de matière ?
TP6c
Importance des réactions d’oxydoréduction
et applications pratiques
Le TP6a “ Passage réciproque de l’acide à la base, de l’oxydant au rédacteur ” montre le passage
réciproque d’un acide à une base et d’un oxydant à un réducteur. Il aide ainsi à établir un parallèle
entre un couple acide/base et un couple oxydant/réducteur. Il est possible, et c’est ce qui est
proposé ici, de présenter séparément des couples oxydant/réducteur et de prolonger l’approche par
des illustrations de couples oxydant/réducteur usuels, puis de mener une recherche documentaire
sur l’importance pratique des réactions d’oxydoréduction et leurs applications.
La proposition ci-dessous n’est pas un protocole élève (sauf la première partie qui est directement
reprise du TP6a “ Passage réciproque de l’acide à la base, de l’oxydant au rédacteur ”) mais
propose des pistes d’activités.
Objectifs
– Montrer le passage réciproque d’un oxydant à un réducteur.
– Présenter des oxydants et réducteurs usuels.
– Illustrer l’importance des réactions d’oxydoréduction dans la vie courante et dans le métabolisme
humain (lien avec les sciences de la vie).
Passage réciproque de l’oxydant au réducteur
Tests de reconnaissance de cations métalliques
En fonction des expériences que l’enseignant choisit de proposer aux élèves, les tests de
reconnaissance des ions métalliques tels Ag+, Cu2+, Fe2+, Zn2+, etc. sont préalablement effectués et
interprétés.
Réaction entre un cation métallique et un métal
Faire écrire dans chaque cas l’équation chimique associée à la transformation chimique du système
observé.
Par exemple :
- expérience 1 : Cu + Ag+(aq) ;
- expérience 2 : Zn + Cu2+(aq) ;
- expérience 3 : Fe + Cu2+(aq) ;
- expérience 4 : Zn + Fe2+(aq).
Afin de montrer le passage réciproque de l’oxydant au réducteur, dans les exemples choisis, un
couple oxydant/réducteur au moins doit être proposé afin que dans une expérience l’oxydant du
couple puisse être réduit alors que dans une autre expérience le réducteur du couple soit oxydé :
c’est le cas des expériences 1 et 2 (ou 3) avec le couple Cu2+/Cu, des expériences 3 et 4 avec le
couple Fe2+/Fe.
Émergence des notions d’oxydant, de réducteur, de couple oxydant/réducteur
Document d’accompagnement –Chimie classe de Première S © CNDP
Expérience 1 : Cu + Ag+(aq)
Identification des produits de la réaction.
Au cours de la transformation chimique (compléter) :
L’ion argent(I), Ag+ :
a gagné
L’atome de cuivre, Cu :
atome d’hydrogène
a gagné
1
atome d’hydrogène H
2
cation H+
a perdu
2
cation H+
3
anion H-
3
anion H-
1
H
a perdu
On conclut en définissant les termes : oxydant, réducteur et interprète la réaction étudiée comme
une réaction d’oxydoréduction.
Expérience 2 : Zn + Cu2+(aq)
Identification des produits de la réaction.
Au cours de la transformation chimique (compléter) :
L’ion cuivre(II), Cu2+ :
a gagné
a perdu
L’atome de zinc, Zn :
1
2
atome d’hydrogène H
cation H+
3
anion H-
a gagné
a perdu
1
2
atome d’hydrogène H
cation H+
3
anion H-
On conclut en définissant le couple oxydant/réducteur et son écriture formelle :
oxydant + ne- = réducteur.
Présentation de quelques oxydants et réducteurs usuels
Le chimiste, la ménagère, le pharmacien, l’infirmière, le graveur, le photographe, etc. ont à leur
disposition un certain nombre de “ produits ” présentant un caractère oxydant ou réducteur.
Oxydants usuels
Réducteurs usuels
-
Eau de Javel ClO (aq)
Métaux
Eau iodée I2(aq)
Dioxygène O2
Thiosulfate de sodium
Antioxydants : vitamine C
Dichlore Cl2
Glucose
Eau oxygénée H2O2
Ethanol
Acides usuels au laboratoire
chlorhydrique, acide sulfurique, etc.)
(acide
Cation métallique : Ag+ (réactif de Tollens),
Cu2+ (réactif de Fehling), Fe3+ (gravure des
circuits imprimés)
Permanganate de potassium cristaux et
solutions)
Ions nitrate (cristaux) et solutions d’acide
nitrique).
Etc.
A l’occasion de cette recherche d’exemples et de la lecture des étiquettes des flacons
correspondants, réactiver avec les élèves la signification des pictogrammes, en particulier
“ comburant ” (cristaux de permanganate de potassium et cristaux contenant des ions nitrate).
Document d’accompagnement –Chimie classe de Première S © CNDP
Quelques réactions d’oxydoréduction
Recherche documentaire et éventuellement approche expérimentale qualitative sur l’une des
pistes suivantes.
- Gravure à l’eau forte : cuivre et acide nitrique.
- Circuits imprimés (électronique).
- Caractère réducteur des sucres : miroir d’argent avec le glucose.
- Alcootest.
Prolongements expérimentaux possibles
- Caractère “ oxydant ” de l'eau de Javel : les ions hypochlorite peuvent oxyder en milieu acide les
ions iodure : ClO-(aq) + 2H+(aq) + 2I-(aq) → Cl-(aq) + H2O + I2(aq)
Dans un tube à essai verser 2 mL environ de solution d'iodure de potassium et 2 mL environ d'acide
chlorhydrique dilué puis goutte à goutte l'eau de Javel diluée pour faire apparaître la couleur brun
orangé du diiode (identifiable avec l'empois d'amidon, coloration bleue).
- Caractère “ oxydant ” de l'eau oxygénée : dans un tube à essai verser 2 mL de solution d'iodure de
potassium et 2 mL d'acide chlorhydrique puis, goutte à goutte, l'eau oxygénée pour faire apparaître
la couleur brun orangé du diiode.
H2O2(aq) + 2 H+aq(aq) + 2 I-(aq) → 2 H2O(aq) + I2(aq)
- Caractère “ réducteur ” de l'acide ascorbique (vitamine C) : dissoudre un comprimé de
Vitascorbol dans de l'eau et partager cette solution entre les groupes d'élèves. Dans un tube à
essai introduire 2 mL d'eau iodée. Ajouter la solution d'acide ascorbique et observer la disparition de
la couleur brun orangé du diode.
C6H8O6(aq) + I2(aq) → C6H8O4(aq) + 2I-(aq) + 2H+aq(aq)
Signaler que des réactions d’oxydoréduction en milieu basique seront vues ultérieurement (réactif
de Fehling, par exemple).
Quelques couples d’oxydoréduction vus en SVT1
Faire travailler les élèves sur ces couples appartenant au monde du vivant.
Questionnement possible
1. Reconnaître l’oxydant et le réducteur des couples NAD+/NADH et Pyruvate / Lactate dans des
réactions intervenant au niveau des muscles : transformation du glucose en ions pyruvate puis
transformation des ions pyruvate en ions lactate.
a) Le couple NAD+ / NADH
NAD+ = Nicotinamide Adémine Dinucléotide.
H
H
H
CONH2
+
CONH2
H+(aq)
+
-
2e
=
N
N
R
R
NAD
NADH
Par souci de simplification, il n’est pas mentionné (aq) pour les espèces écrites sous la forme simplifiée adoptée en
sciences de la vie.
1
Document d’accompagnement –Chimie classe de Première S © CNDP
NAD+ + H+(aq) + 2e- = NADH
b) Réduction de l’ion pyruvate en ion lactate
O
O
O
O
C
C
C
O
+
NADH
H + (aq) =
+
H
C
CH3
OH
+
NAD
CH3
Pyruvate
Lactate
Les deux couples suivants interviennent :
Pyruvate + 2H+(aq) + 2e- = Lactate
NADH = NAD+ + H+(aq) + 2ePyruvate + NADH + H+(aq) = Lactate + NAD+
2. Ecrire la réaction d’oxydoréduction intervenant dans la chaîne respiratoire mettant en jeu les
couples : NAD+ / NADH et O2(g) / H2O, sachant qu’il y a oxydation du NADH.
1/2O2(g) + 2H+(aq) + 2e- = H2O
NADH = NAD+ + H+(aq) + 2e1/2O2(g) + NADH + H+(aq) = H2O + NAD+
3. Identifier les deux couples oxydant / réducteur et les écrire avec le formalisme habituel dans une
équation de réaction d’oxydation d’un alcool dans le métabolisme humain :
H
NAD
+
R
C
OH
R'
=
NADH
+
R
C
R'
+
H+(aq)
O
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