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Thème : chimie générale OXYDOREDUCTION I) EXPERIENCE N°1 : COUPLE OXYDANT / REDUCTEUR :

expérience :

observations : récipient n°1 : rien

récipient n°2 : dépôt de cuivre sur la lame de zinc, la solution devient incolore

conclusion : dans le récipient n°2, il y a oxydoréduction. Les ions Cu²⁺ se transforment en cuivre Cu métal et la lame de zinc se transforme en ions Zn²⁺. La réaction inverse n’est pas possible.

Oxydation : Zn

→

Zn²⁺ + 2e− (un atome de zinc perd deux électrons)

Réduction : Cu²⁺ + 2e−

→

Cu (un ion cuivre récupère ces deux électrons et devient atome de cuivre) Oxydoréduction : Zn + Cu²⁺

→

Cu + Zn²⁺

Zn est le réducteur et Cu²⁺ est l’oxydant.

bilan :

Un OXYDANT est un corps qui peut capter des électrons : il est réduit.

Un REDUCTEUR est un corps qui perd des électrons : il est oxydé.

Une OXYDATION est une réaction chimique avec perte d’électrons : le réducteur perd des électrons.

Une REDUCTION est une réaction chimique avec gain d’électrons : l’oxydant gagne des électrons.

Une OXYDOREDUCTION est une réaction de transfert d’électrons entre deux couples oxydants/réducteurs : le réducteur du couple n°1 perd des électrons qui sont récupérés par l’oxydant du couple n°2.

Dans une demi-équation rédox, on trouve l’oxydant et le réducteur d’un couple donné et les électrons du coté de l’oxydant.

Dans une équation d’oxydoréduction, l’oxydant d’un couple réagit avec le réducteur d’un autre couple. (les électrons n’apparaissent pas dans l’équation d’oxydoréduction). C’est une équation à sens unique.

Cf doc : classification des couples oxydants / réducteurs.

Règle du GAMMA pour trouver dans quel sens à lieu la réaction d’oxydoréduction : L’oxydant d’un couple donné oxyde les réducteurs de tous les couples situés au dessous de lui.

exemple :

Zn + Cu²⁺

→

Cu + Zn²⁺

Comment équilibrer les demi-équations redox :

1) On applique d’abord le principe de conservation des atomes. Si l’élément oxygène est en défaut d’un côté, on ajoute des molécules d’eau H2O et de l’autre côté de l’équation on rajoute des ions H⁺.

2) Puis on applique le principe de la conservation des charges. Pour que le bilan des charges électriques soit le même dans les deux membres, on ajoute le nombre d’électrons nécessaires. Attention : on ajoute les électrons toujours du côté de l’oxydant.

Lame de cuivre Cu

Sulfate de zinc (Zn²⁺, SO42−)

Lame de zinc Zn

Sulfate de cuivre (Cu²⁺, SO42−)

Récipient n°1 Récipient n°2

Cu Zn Cu

²⁺

Zn

²⁺

Pouvoir oxydant croissant

Pouvoir réducteur croissant

II) EXPERIENCE N°2 : ATTAQUE DES METAUX PAR L’ACIDE CHLORHYDRIQUE : LE COUPLE H3O⁺ / H2

expérience :

On verse de l’acide chlorhydrique sur différents métaux.

Observations et interprétations :

observations interprétations

Tube a) rien Le cuivre n’est pas oxydé par l’acide

chlorhydrique

Tube b)

Effervescence, détonation avec la flamme de l’allumette.

Précipité blanc lorsqu’on verse de la soude dégagement de dihydrogène H2

présence d’ions Zn²⁺

le zinc est oxydé par l’acide chlorhydrique, il y a oxydoréduction

Zn + 2H3O⁺

→

^{Zn2+ + H}2 + 2H20

Tube c)

Effervescence, détonation avec la flamme de l’allumette.

Précipité vert foncé lorsqu’on verse de la soude dégagement de dihydrogène H2

présence d’ions Fe²⁺

le fer est oxydé par l’acide chlorhydrique, il y a oxydoréduction

Fe + 2H3O⁺

→

^{Fe2+ + H}2 + 2H20

Tube d)

Effervescence, détonation avec la flamme de l’allumette.

Précipité blanc lorsqu’on verse de la soude dégagement de dihydrogène H₂ présence d’ions Mg²⁺

le magnésium est oxydé par l’acide chlorhydrique, il y a oxydoréduction

Mg + 2H₃O⁺

→

^{Mg2+ + H}2 + 2H₂0 Place du couple H₃O⁺ / H₂ dans la classification des couples oxydants / réducteurs : cf doc

L’acide chlorhydrique oxyde tous les métaux situé au dessous de son couple, c’est-à-dire, tous les métaux plus réducteur que H2.

III) EXPERIENCE N°3 : FABRICATION DE PILES : Classification quantitative des couples oxydants/réducteurs.

expérience :

On fabrique une pile avec deux demi-piles. Une demi-pile est composée par une solution d’ions métalliques et un métal, représentant un couple oxydant/réducteur.

Acide chlorhydrique

H30⁺ , Cl⁻

Acide chlorhydrique

H30⁺ , Cl⁻

Acide chlorhydrique

H30⁺ , Cl⁻

Acide chlorhydrique

H30⁺ , Cl⁻

Cuivre Cu Zinc Zn Fer Fe Magnésium Mg

a) b) c) d)

V

Fonction DC Lame de

Zinc Zn Lame de

cuivre Cu Pont salin

(Papier imbibé de chlorure de potassium)

Sulfate de cuivre Ions Cu²⁺

Sulfate de zinc Ions Zn²⁺

mesures et analyses :

piles Tension Pôle + Equation au pôle + Pôle − Equation au pôle −

Zn²⁺ /Zn avec Cu²⁺ /Cu 1,07V cuivre Cu²⁺ + 2e−

→

^{Cu zinc Zn}

→

^Zn2+ + 2e−

Zn²⁺ /Zn avec Fe²⁺ /Fe 0,5V fer Fe²⁺ + 2e−

→

Fe zinc Zn

→

^Zn2+ + 2e−

Zn²⁺ /Zn avec Mg²⁺ /Mg 0,6V zinc Zn²⁺ + 2e−

→

Zn magnésium Mg

→

^Mg2+ + 2e−

Pour chacune des piles, écrire l’équation d’oxydoréduction lorsque la pile alimente un récepteur :

Zn + Cu²⁺

→

Cu + Zn²⁺

Zn + Fe²⁺

→

Fe + Zn²⁺

Mg + Zn²⁺

→

Zn + Mg²⁺

A chaque couple oxydant/réducteur on associe un potentiel d’oxydoréduction E° en volt (V), le couple H₃O⁺ / H₂ ayant pour potentiel E° = 0V (référence).

La tension aux bornes de la pile est la différence de potentiel suivante : U = E° (pôle +) − E° (pôle −) (en V)

Applications de l’oxydoréduction :

- Fabrication de piles (Leclanché, alcaline, bouton, lithium…)

- Alcootest (changement de couleur de la substance dans le tube à l’entrée du ballon si positivité) - Recouvrement métallique en surface de métaux à protéger contre la corrosion

- Nettoyage, entretien de surfaces recouvertes d’impuretés

- Neutralisation de mauvaises odeurs par réaction d’oxydoréduction....etc

Pouvoir réducteur croissant

Pouvoir oxydant croissant Au ³⁺ / Au Ag ⁺ / Ag Cu ²⁺ / Cu H3O⁺ / H2

Fe ²⁺ / Fe Zn ²⁺ / Zn Al ³⁺ / Al

1,42V 0,80V 0,76V 0V

− 0,13V

− 0,14V

− 0,44V

− 0,76V

− 1,66V Pb ²⁺ / Pb

Sn ²⁺ / Sn