Les réactions d`oxydoréduction
Contents
1. lame de lame de zinc cuivre solution de solution de sulfate de zinc sulfate de cuivre A l lectrode n gative Zn Zn Zn 2e Page 6 Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Les atomes de Zn fournissent les lectrons qui vont dans le circuit ext rieur et il se forme des ions Zn Il y a oxydation l lectrode n gative appel e anode On parle A l lectrode positive Cu Cu 2e Cu Les lectrons venant du p le n gatif r duisent les ions Cu en Cu Il y a une r duction l lectrode positive appel e cathode On parle de r duction cathodique C est une r action redox entre les deux couples Cu Cu et Zn Zn Le p le n gatif de la pile correspond au m tal le plus r ducteur ici le zinc Si nous branchons les lames de zinc et de cuivre un voltm tre on mesure une tension U 1 10 V ce qui correspond la tension vide de la pile R le du pont salin Lorsque la pile fonctionne la solution de ZnSO contient de plus en plus d ions Zn tandis que la solution de CuSO renferme de moins en moins d ions Cu Pour que les deux solutions restent lectriquement neutre l apparition d ions Zn doit tre compens e par des ions NO3 provenant du pont salin Dans la solution de sulfate de cuivre la transformation de Cu en Cu s accompagne de la migration des ions SO par le pont salin La lame de zinc se dissout petit petit et des atomes de Cu se d pos2. 56 V lame de lame de lame de lame zinc Cuivre cuivre d argent solution de solution de solution de solution de sulfate de zinc sulfate de cuivre sulfate de cuivre nitrate d argent G n ralisation Une demi pile peut tre r alis e en pla ant un m tal dans une solution d ions positifs correspondant ce m tal En associant deux demi piles diff rentes on obtient une pile dont la tension d pend des deux m taux Le plus r ducteur est la borne n gative et le moins r ducteur la borne positive L lectrode standard hydrog ne Dans la classification lectrochimique le couple Ht H2 joue un r le particulier C est pourquoi on a d cid arbitrairement de fixer le z ro des potentiels standards d oxydo r duction pour ce couple Page 8
3. oxydation puisque la charge du calcium passe de z ro 2 ce qui nous indique une perte de deux lectrons Il existe cependant des cas ou le probl me n est pas aussi vident par exemple la transformation de MnO4 en Mn C est pourquoi on a d cid d attribuer aux atomes une charge formelle appel e nombre d oxydation et qui permet de comprendre les r actions d oxydor duction On la note en chiffres romains R gles de calcul des nombres d oxydation NO Le NO d un l ment l tat de corps simple est gal z ro Le NO d un ion monoatomique est gal sa charge La somme des NO des atomes d une mol cule est gal z ro La somme des NO des atomes d un ion complexe est gal la charge du ion Le NO de l hydrog ne est pratiquement toujours gal 1 Exceptions H2 et H7 RO NP D a Le NO de l oxyg ne est pratiquement toujours gal II Exceptions O2 et H202 Page 1 Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Oxydor duction 2 Comment quilibrer les quations des r actions d oxydor duction Pour quilibrer l quation d une oxydor duction il faut 1 Indiquer les nombres d oxydation qui varient V 0 HNO3 HS NO H2O S 2 Ecrire le nombre d lectrons impliqu s dans l oxydation et la r duction R duction 3 e V l 0 HNO H2S NO H2O S Oxydation 2e 3 Equilibrer les lectrons transf r s Multiplier l oxydation et la r duction par les co
4. Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Oxydor duction 1 Oxydation et r duction oxydants et r ducteurs D finitions Une r action d oxydor duction est une r action de transfert d lectrons Oxyder une esp ce chimique atome ion ou mol cule signifie lui arracher des lectrons Une oxydation est donc une perte d un ou plusieurs lectrons Exemple d oxydation Zn gt Zn 2e R duire une esp ce chimique atome ion ou mol cule signifie donner des lectrons Une r duction est donc un gair d un ou plusieurs lectrons Exemple de r duction Cu 2 Cu Exemple de r action d oxydor duction Zn Cu Zn Cu Un oxydant est une esp ce chimique qui provoque une oxydation en arrachant des lectrons une autre esp ce chimique Un oxydant est donc un acceptewr d lectrons Dans l exemple ci dessus le Cu accepte deux lectrons C est un oxydant et il subit une r duction Un r ducteur est une esp ce chimique qui provoque une r duction en donnant des lectrons une autre esp ce chimique Un r ducteur est donc un donnew d lectrons Dans l exemple ci dessus le Zn donne deux lectrons C est un r ducteur et il subit une OxyAation Les nombres d oxydation NO Lorsqu une r action d oxydor duction se d roule entre atomes et ions monoatomiques il est facile de rep rer l oxydation et la r duction Par exemple la transformation de Ca en Ca est videmment une
5. a temp rature constatons qu elle augmente et que le zinc se recouvre de cuivre et si nous relevons d un d p t rouge de cuivre Zn a t oxyd et les ions Cu r duits selon l quation Zn Cu Zn Cu clou en zinc nous d p t rouge de cuivre CuSO4 en solution Energie chimique dans une r action d oxydo r duction et nergie lectrique L change d lectrons a lieu directement dans le milieu r actionnel entre les ions Cu et les atomes de Zn Pour transformer cet change en un courant lectrique dans un fil conducteur il faut s parer les deux couples redox mis en jeu L nergie chimique lib r e pourra alors tre utilis e sous forme d nergie lectrique C est le principe d une pile lectrochimique Constitution d une pile m tallique la pile de Daniell 1836 1 5 C est une pile m tallique Zn Cu Elle comporte deux lectrodes l une en zinc plongeant dans une solution de ZnSO 1 mol L et l autre en cuivre plongeant dans une solution de CuSO 1 mol L Les deux solutions sont reli es ioniquement par un pont sa ir rempli d une solution g lifi e de KCI ou de KNO Si nous relions les deux bornes de la pile un appareil de mesure le flux d lectrons circule de la lame de Zn celle de Cu donc le courant lectrique du cuivre au zinc lame de lame de Zinc cuivre solution de solution de sulfate de zinc sulfate de cuivre
6. efficients appropri s R duction 3 2 6e 2 HNO 3 HS d 2 NO H2O 38S Oxydation 2 3 6e 4 Equilibrer les esp ces chimiques ne participant pas directement l oxydation ou la r duction Comme on a 8 atomes d hydrog ne gauche on multiplie H20 par 4 2 HNO 3 HS 2 NO 4 H2O 3 S 5 V rifier Par exemple ici dans le membre de gauche on a 6 atomes d oxyg ne Dans le membre de droite on a 6 atomes d oxyg ne L quation est quilibr e Page 2 Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Oxydor duction 3 Couples redox Lors d une r action d oxydor duction le r ducteur donne des lectrons et l oxydant en accepte Le r ducteur s oxyde et l oxydant se r duit Exemple Zn Cu Zn Cu Dans cette r action le zinc perd deux lectrons Il s oxyde en Zn Les cations Cu captent deux lectrons lls se r duisent en Cu Le cuivre m tallique Cu est un r ducteur et le cation Cu est son oxydant conjugu Les deux forment un couple L oxydor duction conjugu ou couple redox Cu 26 Cu Zn Zn 2e G n ralisation Ox Nne Red Red Ox ne Classification des couples redox Tous les oxydants et les r ducteurs n ont pas la m me force Par exemple le sodium c de plus facilement son lectron de valence que l argent On dit que le sodium est un r ducteur plus fort que l argent Inversement Ag capte plus fac
7. ent sur la lame de cuivre Notation conventionnelle de la pile La pile de Daniell est une association de deux demi piles chacune correspondant un ion m tallique et au m tal On la repr sente de la fa on suivante du p le n gatif au p le positif Zn Zn Cu Cu Autres piles lectrochimiques De nombreuses autres piles du m me genre que celle de Daniell peuvent tre pr par e Par exemple la pile cuivre argent elle est r alis e avec une lame de cuivre trempant dans une solution de CuSO 1 mol L et une lame d argent trempant dans une solution de nitrate d argent 1 mol L Les deux solutions sont reli es par un pont salin comme dans la pile de Daniell Si on branche un voltm tre aux deux bornes de la pile on constate que le Cu est le p le n gatif et que le Ag est le p le positif La tension mesur e est U 0 46 V On peut repr senter la pile ainsi Cu Cu Ag Ag Page 7 Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Les demi r actions sont les suivantes A lectrode n gative Cw Cu gt Cu 2e A l lectrode positive Ag Ag e Ag Bilan de la r action redox lorsque la pile fonctionne Cu 2 Agt Cu 2 Ag Montage en s rie de deux piles Si on monte en s rie les deux piles pr c dentes en les reliant par un fil m tallique on constate que la tension mesur e est gale l a somme des deux tensions des deux piles 1 10 0 46 1
8. ilement un lectron que Na Le cation Ag est un oxydant plus fort que le cation Nat On a tabli des classifications des oxydants et des r ducteurs Dans le tableau du Formulaire intitul Potentiels standards d oxydo r duction on a class les oxydants de l oxydant le plus faible l oxydant le plus fort et les r ducteurs du r ducteur le plus fort au r ducteur le plus faible Ce tableau permet de pr voir si une r action d oxydor duction aura lieu ou non L oxydant le plus fort r agit avec le r ducteur le plus fort pour donner un r ducteur et un oxydant moins forts La r action inverse ne se fait pas dans ces conditions Oxydant fort R ducteur fort R ducteur faible Oxydant faible Page 3 Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Mode d emploi d un tableau de couples redox Un r ducteur quelconque du tableau est capable de r duire les oxydants plus forts que son oxydant conjugu c est dire les oxydants situ s en dessus de lui Un oxydant quelconque du tableau est capable d oxyder les r ducteurs plus forts que son r ducteur conjugu c est dire les r ducteurs situ s en dessous de lui Comme pour les acides bases cela donne la r gle du Z Ox1 R d2 R di Ox2 R action impossible R action possible Exemple On jette un morceau de lithium dans l eau Ecrivons l quation de la r action Le r ducteur est le lithium m tallique Li II va s oxyde
9. r en Li L oxydant est l eau Elle va se r duire en H2 et OH La demi r action de l oxydation sera Li Li e On lit le tableau de droite gauche pour une oxydation Celle de la r duction sera 2H20 26 H 20H Pour trouver l quation globale de la r action on multiplie l oxydation par 2 et on additionne membre membre 2 Li 2H20 2Li H2 20H Pour r sumer nous avons la situation suivante L e Li 2 H20 2e H2 20H La r action aura lieu Page 4 Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Oxydor duction 4 Dosages d oxydor duction Un dosage d oxydor duction permet de d terminer une quantit de mati re en solution On mesure le volume de r actif n cessaire pour obtenir une r action compl te avec la substance doser Dosage d un r ducteur en solution par un oxydant On remplit une burette avec un oxydant de concentration connue Cox On mesure avec une pipette jaug e un volume Vrea du r ducteur doser On ajoute par petites portions goutte goutte le volume Vox n cessaire pour obtenir une r action compl te avec le r ducteur On calcule l concentration dw r ducteur Crea Exemple Dosage du cation Fe 20 par une solution de permanganate de potassium En examinant une liste de couple redox on constate que L quation de l oxydation sera Fe Fe e Celle de la r duction sera MnO4 8H 5e Mn 4 H0 Pour tro
10. uver l quation globale de la r action on multiplie l oxydation par 5 et on additionne membre membre DFe 5Fe 5e MnO 8H 5e Mn 4 HO Bian 5Fe MnOs 8H gt 5Fe Mn 4 HO Cette quation nous montre qu au point d quivalence le nombre de moles de permanganate est gal un cinqui me du nombre de moles de cations Fe doser D s que l on d passe le point d quivalence la solution sera color e en rose par les anions permanganate exc dentaires Exercice On pr l ve un volume Vrea 25 mL d une solution de sulfate de fer il doser On acidifie la solution l aide d acide sulfurique et on ajoute la solution de permanganate La coloration rose persistante est obtenue lorsque nous avons ajout 15 0 mL dune solution de permanganate de potassium 0 020 mol L Calculons la concentration des ions fer il dans la solution On conna t Le volume de r ducteur 1 Vrea 0 025 L La concentration de l oxydant 2 Cox 0 020 mol L On mesure Le volume d oxydant 3 Vox 0 015 L On calcule Le nombre de moles d oxydant 4 Nox Cox Vox 0 0003 mol Le nombre de moles de r ducteur 5 Nrea 5 Nox 0 0015 mol La concentration du r ducteur 6 Crea Nrea Vrea 0 06 mol L Page 5 Lyc e Denis de Rougemont OS BICH Oxydor duction 5 Les piles lectrochimiques Approche exp rimentale Si nous mettons un peu de zinc dans une solution de sulfate l
Download Pdf Manuals
Related Search