Réactions d’oxydo-réduction
ATTENTION : Aucune solution, aucun métal ne sera jeté à l’évier ; tous les déchets seront récupérés dans le container « cations métalliques »
I. Tests d’identification de quelques cations métalliques :
Ions Nom et formule
Formules Couleur en
solution
Réactif
Observations couleur du
précipité
Réaction et nom du composé formé
Ion cuivre II Cu2+
bleu
Soude
(Na++ OH-) Précipité bleu
2( )2 2 aq s
aq OH Cu OH
Cu
Ion fer II Fe2+
Jaunâtre Soude Précipité vert
2( )2 2 aq s
aq OH FeOH
Fe
Ion fer III Fe3+
orangée Soude Précipité rouille
3()3 3 aq s
aq OH FeOH
Fe
Ion argent Ag+
Incolore Soude Précipité brun Agaq OHaq AgOH (s)
II. Réaction entre les ions cuivre II et du métal fer : 1. Expérience :
Mettre une spatule de poudre de métal fer dans un tube à essais
Ajouter environ 2mL de solution de sulfate de cuivre II
Agiter
2. Schéma et observations :
La solution s’est décolorée ; il s’est formé un dépôt rouge sur la poudre de fer.
3. Analyse de la solution obtenue :
Récupérer un peu de solution dans un tube à essais et ajouter quelques gouttes d’hydroxyde de sodium Décrire le résultat du test et l’interpréter.
Solution bleue de sulfate de cuivre II
Poudre de fer Dépôt rouge
Solution décolorée, devenue légèrement
jaunâtre
Il apparaît un précipité vert d’hydroxyde de fer II.
Des ions ferII se sont formés au cours de la réaction précédente.
4. Interprétations :
a. Quelles sont les entités chimiques qui ont réagi au cours de la réaction entre le métal fer et la solution de sulfate de cuivre ?
Il s’agit des atomes de fer Fe et des ions cuivre II Cu2+
b. Quels sont les produits formés ?
Il s’est formé du métal cuivre (dépôt rouge) et des ions fer II Fe2+
c. Préciser ce qui est arrivé à l’élément cuivre au cours de la réaction L’élément cuivre est passé de la forme d’ion Cu2+ à a forme d’atome Cu.
d. Mêmes questions pour l’élément fer
L’élément fer est passé de la forme d’atome Fe à la forme d’ion Fe2+.
e. Etablir l’équation de la réaction qui a eu lieu.
( ) ( ) 2
2
aq s
s
aq Fe Cu Fe
Cu
III. Réaction entre une solution de nitrate d’argent et du métal cuivre :
1. Expérience :
Mettre une spatule de poudre de métal cuivre dans un tube à essais
Ajouter environ 2mL de solution de nitrate d’argent
Agiter
2. Schéma et observations
Des paillettes brillantes apparaissent sur le morceau de métal cuivre. La solution devient bleue.
3. Analyse de la solution obtenue :
Récupérer un peu de solution dans un tube à essais et ajouter quelques gouttes d’hydroxyde de sodium Décrire le résultat du test et l’interpréter.
Il apparaît un précipité bleu d’hydroxyde de cuivre.
Des ions cuivre II Cu2+ se sont formés au cours de la réaction précédente.
4. Interprétations :
a. Quelles sont les entités chimiques qui ont réagi au cours de la réaction entre le métal cuivre et la solution de nitrate d’argent ?
Solution incolore de citrate d’argent
Morceau de
tournure de cuivre Formation de paillettes
brillantes
Solution devenue bleue
Atomes de cuivre Cu et ion argent Ag+
b. Quels sont les produits formés ?
Atomes d’argent Ag et ions cuivre II Cu2+
c. Préciser ce qui est arrivé à l’élément cuivre au cours de la réaction L’élément cuivre est passé de la forme atome Cu à la forme ion Cu2+.
d. Mêmes questions pour l’élément argent.
L’élément argent est passé de la forme ion Ag+ à la forme atome Cu.
e. Etablir l’équation de la réaction qui a eu lieu.
( ) 2 ( ) 2
2Agaq Cu s Ag s Cuaq
IV. Réaction entre le métal fer et une solution d’ions fer III :
1. Expérience :
Mettre une spatule de poudre de métal fer dans un tube à essais
Ajouter environ 2mL de solution de sulfate de fer III.
Agiter
2. Schéma et observations
La solution s’est décolorée et est devenue légèrement jaunâtre.
3. Analyse de la solution obtenue :
Récupérer un peu de solution dans un tube à essais et ajouter quelques gouttes d’hydroxyde de sodium Décrire le résultat du test et l’interpréter.
Il apparaît un précipité vert d’hydroxyde de fer II.
Des ions fer II se sont formés au cours de la réaction précédente.
4. Interprétations :
a. Quelles sont les entités chimiques qui ont réagi au cours de la réaction entre le métal fer et la solution de chlorure de fer III ?
Ions fer III Fe3+ et atomes de fer Fe
b. Quels sont les produits formés ? Il se forme des ions fer II.
c. Préciser ce qui est arrivé à l’élément fer au cours de la réaction Les ions fer III et les atomes de fer se sont transformés en ions fer II.
d. Etablir l’équation de la réaction qui a eu lieu.
() 2
3 3
2Feaq Fes Feaq
Solution orange de sulfate de fer III
Poudre de fer
Solution décolorée, devenue légèrement
jaunâtre
V. Conclusions : 1. Quelques définitions :
On appelle oxydation une transformation chimique au cours de laquelle une entité perd des électrons.
Le « schéma » de cette transformation s’écrit : X = Y + n e-
On appelle réduction une transformation chimique au cours de laquelle une entité gagne des électrons.
Le « schéma » de cette transformation s’écrit : X + n e- = Y
L’entité chimique qui est responsable de l’oxydation est l’oxydant ; elle subit une réduction.
L’entité chimique qui est responsable de la réduction est le réducteur ; elle subit une oxydation.
2. Questions :
a. Ecrire les réductions rencontrées dans les expériences réalisées : Cu
e Cu22
Ag e
Ag
2
3 e Fe
Fe
b. Ecrire les oxydations rencontrées dans les expériences :
Fe e Fe 2 2
Cu e
Cu 2 2
c. Vérifier qu’une réduction s’accompagne toujours d’une oxydation et définir ce qu’est une réaction d’oxydoréduction :
L’oxydation libère des électrons consommés lors de la réduction Une réaction d’oxydoréduction est une réaction d’échange d’électrons
d. Parmi les éléments concernés par les réactions, certains ont subi une oxydation. Quel rôle ont-ils alors joué dans la réaction ?
Les entités ayant subi une oxydation sont les réducteurs ; il s’agit de Fe, Cu, Fe2+
e. Parmi les éléments concernés par les réactions, certains ont subi une réduction. Quel rôle ont-ils alors joué dans la réaction ?
Les entités ayant subi une réduction sont les oxydants ; il s’agit de Cu2+, Fe2+, Ag+
f. Les espèces oxydantes et réductrices d’un même élément forment un couple Ox/Red. Récapituler les couples rencontrés dans les réactions étudiées et schématiser leur transformation
Cu2+/Cu Cu22e Cu Fe2+/Fe Fe22e Fe Ag+/Ag Ag e Ag Fe3+/Fe2+ Fe3 e Fe2
Classification des couples rédox
Pour obtenir une réaction rédox spontanée, il ne suffit pas de mettre en présence un oxydant et un réducteur. Pour prévoir les réactions qui peuvent spontanément avoir lieu, on classe les couples rédox en fonction de la force des oxydants et des réducteurs :
Un cation a un pouvoir oxydant d’autant plus fort qu’il réagit avec beaucoup de réducteurs Un métal a un pouvoir réducteur d’autant plus fort qu’il réagit avec beaucoup d’oxydants
Exemple : soient 2 couples Ox1/Red1 et Ox2/Red2. L’oxydant Ox1 est plus fort que l’oxydant Ox2. En plaçant ces couples sur l’échelle suivante, on peut remarquer qu’en conséquence, Red2 est plus fort que Red1.
Entre deux couples, la réaction spontanée qui a lieu est toujours celle entre l’oxydant le plus fort et le réducteur le plus fort : Ox1 + Rd2 Red1 + Ox2
La réaction inverse n’est pas spontanément possible.
Il s’agit de classer les 4 couples mis en jeu dans les réactions les uns par rapport aux autres. Utiliser les résultats du TP précédent et compléter par les expériences appropriées.
Dans la réaction 1, les couples mis en présence sont Cu2+/Cu et Fe2+/Fe. La réaction spontanée qui a lieu est celle entre Cu2+ et Fe. Cu2+ est donc un oxydant plus fort que Fe2+. On peut classer ces deux couples l’un par rapport à l’autre :
En suivant le même raisonnement, on peut classer les autres couples intervenant dans les autres réaction : Réaction 2 :
Réaction 3 :
Les classifications obtenues à partir des réactions 1 et 2 permettent de classer les 3 couples :
Ag+ Cu2+
Fe2+
Ag Cu Fe Fe3+
Fe2+
Fe2+
Fe Ag+
Cu2+
Ag Cu Cu2+
Fe2+
Cu Fe
Ox1 Ox2
Pouvoir oxydant croissant
Pouvoir réducteur croissant
Red1
Red2
Où se situe le couple Fe3+/Fe2+ dans cette classification ?
Des expériences complémentaires sont nécessaires :
Expérience Résultat Interprétation
On fait réagir une solution contenant des ions argent avec une solution contenant des ions Fe2+.
Un solide gris se forme (métal argent)
Ag+ est un oxydant plus fort que Fe3+.
Le couple Fe3+/Fe2+ est situé en dessous du couple Ag+/Ag On met en présence des ions Fe2+
et des ions Cu2+.
Aucune réaction n’a lieu. Fe3+ est un oxydant plus fort que Cu2+.
Le couple Fe3+/Fe2+ est situé au dessus du couple Cu2+/Cu.
On met en présence des ions Fe3+
et du métal cuivre.
La solution initialement orange se décolore et devient jaunâtre
Ceci confirme l’interprétation juste au dessus.
Classification des couples mis en jeu dans les réactions :
Ag+ Fe3+
Cu2+
Fe2+
Ag Fe Cu Fe
Pouvoir oxydant croissant
Pouvoir réducteur croissant
