TP C09 : Couples oxydant-réducteur
I. OBJECTIFS
Présenter des réactions d'oxydoréduction et écrire leur équation-bilan.
Mettre en évidence les échanges d'électrons.
Définir les notions d'oxydant, de réducteur et de couple oxydant / réducteur.
II. EXPERIENCES PRELIMINAIRES Vous disposez de :
Deux réactifs : l'hydroxyde de sodium et le chlorure de sodium en solutions aqueuses.
de quatre solutions : chlorure de fer II, chlorure de cuivre II, nitrate d'argent et chlorure de fer III. Chacune d’entre-elle contient un ion à tester.
Présenter sous forme d’un tableau les réponses aux questions suivantes :
Donner la formule chimique des solutions de chlorure de fer II, de chlorure de cuivre II, de nitrate d'argent, et de chlorure de fer III.
Indiquer la couleur des 4 solutions et donner la formule chimique de l'ion responsable de leur coloration.
Caractérisation
Effectue les tests nécessaires pour caractériser les ions positifs (cations) de ces quatre solutions : dans un tube à essais, introduire 2 mL de la solution à tester et ajouter quelques gouttes de réactif. L'apparition d'un précipité indique un test positif. Indiquer dans le tableau la couleur du précipité observé.
Réactifs\Ions à tester Cu2+ Fe2+ Ag+ Fe3+
Hydroxyde de sodium Chlorure de sodium
Notez bien les résultats de ces tests, ils seront nécessaires pour caractériser la présence des ions Cu2+, Fe2+, Ag+, Fe3+ dans des solutions aqueuses.
III-REALISATION ET EXPLOITATION
1-Pourquoi le métal fer se décolore-t-il dans une solution de sulfate de cuivre II ? a) L'expérience
Réaliser l’expérience décrite ci-contre. Récupérer le filtrat dans un bécher puis reverser- le sur la paille de fer. Refaire la même manipulation 4 à 5 fois de suite.
b) Un indice : la couleur
Observer la couleur prise par la paille de fer : quelle espèce chimique en est responsable ?
Comparer la couleur du filtrat à celle de la solution de sulfate de cuivre du flacon.
Quelle est l'espèce chimique qui a réagi ? Sur quelle autre espèce chimique a-t-elle réagi ?
c) Une confirmation : le test
L’une des deux espèces qui a réagi est présente dans le filtrat sous une autre forme (selon le principe de conservation de la matière). Parmi les tests précédents, choisir celui qui prouve la présence de cette nouvelle espèce chimique. Réalisez-le en prélevant une petite quantité du filtrat dans un tube à essai
Expliquer par une phrase la réaction chimique observée.
Quelle est l'espèce chimique qui n'a pas réagi ?
p a i l l e d e f e r
f i l t r a t s u l f a t e d e c u i v r e I I
d) Une déduction : les équations bilan
Quelle est l'espèce qui a perdu des électrons ? Combien en a-t-elle perdu ? En déduire l’équation bilan de cette réaction (elle doit fait apparaître les électrons perdus)
Même travail avec l’espèce chimique qui a gagné ces mêmes électrons.
En déduire l'équation bilan de la réaction globale entre les deux espèces. Combien d’électron chaque espèce chimique a échangé ?
f
) Une définition : l'échange d'électrons
Une espèce chimique qui perd un ou des électrons est un réducteur.
Une espèce chimique qui gagne un ou des électrons est un oxydant.
Une oxydation est une réaction où une espèce chimique perd des électrons.
Une réduction est une réaction où une espèce chimique gagne des électrons.
g) Conclusion
Dans l’expérience réalisée, quelle espèce chimique est le réducteur ? L’oxydant ? Quelle réaction correspond à une réduction ? Une oxydation ?
2. Et si on change d’espèce ? Réaction entre le métal cuivre et une solution de nitrate d'argent a) L'expérience
Agiter et attendre quelques minutes pour observer les modifications qui doivent se produire. Effectue les tests d'identification des espèces chimiques dont vous soupçonnez la présence.
b) Questions
Pour cette expérience, en vous aider de la démarche précédemment utilisée, identifiez (en justifiant toutes vos réponses) :
Les espèces chimiques qui ont réagi ainsi que celles produites (faites des tests) ;
Les 2 équations bilan faisant apparaître les électrons échangés ;
La réaction d’oxydation, de réduction ;
Les oxydants, les réducteurs ;
L’équation bilan globale de la réaction et le nombre d'électrons échangé. (attention : il ne peut s'agir que d'un échange).
Comparer cette expérience à celle du fer sur la solution de sulfate de cuivre II : quelle transformation subissent les ions Cu2+ dans cette expérience et le cuivre Cu dans celle faite ici ?
c) Conclusion
l’ion Cu 2+et l’atome de cuivre Cu forment un couple. Il s’agit du couple Cu 2+/Cu dont la demi équation rédox est Cu 2+ + 2e - Cu
Donner les autres couples et les demi équations électroniques rencontrés jusqu’à présent.
Généraliser à un couple dont le réducteur sera noté Red et l’oxydant Ox échangeant n électrons.
3. Fer contre fer: action des ions Fe3+ sur le métal fer a) L'expérience
Agiter et attendre quelques minutes en observant les modifications qui se produisent.
Effectue les tests d'identification des espèces chimiques dont vous soupçonnez la présence.
c o p e a u d e c u i v r e 5 m L d e n i t r a t e d ’ a r g e n t à 0 , 1 m o l / L
p o u d r e d e f e r 5 m L d e c h l o r u r e d e f e r I I I à 0 , 1 m o l / L
b) Résultats
Remplissez le tableau suivant :
Questions Réponses
Espèces chimiques misent en présence Espèces chimiques ayant réagi
Formes sous lesquelles on retrouve les différentes espèces chimiques ayant réagit
Les 2 demi équations électronique qui ont eu lieu
Equation-bilan, en précisant le nombre d'électrons échangés
Couples oxydant / réducteur mis en jeu
Quelle remarque particulière fais-tu à propos des ions Fe2+ ?
4. Réaction entre une solution d'acide chlorhydrique et le métal fer.
Suivre le protocole de cette expérience puis compléter le tableau ci-dessous relatif à la réaction qui se produit dans le tube à essai :
Remarque : ajouter de la soude jusqu’à observation d’une précipité.
La soude réagit sur une autre espèce chimique que celle à tester avant qu’elle ne précipite ? Pourquoi ? Ecrire la réaction chimique (non observable) correspondante.
Questions Réponses
Espèces chimiques misent en présence Espèces chimiques ayant réagi
Formes sous lesquelles on retrouve les différentes espèces chimiques ayant réagit
Les 2 demi équations électronique qui ont eu lieu
Equation-bilan, en précisant le nombre d'électrons échangés
Couples oxydant / réducteur mis en jeu IV-Conclure
Résumez les notions essentielles rencontrées au cours de ce TP.
p o u d r e d e f e r 2 m L d ’ a c i d e c h l o r h y d r i q u e à 2 m o l / L
A g i t e r e n f e r m a n t l e t u b e a v e c u n b o u c h o n p e n d a n t u n e m i n u t e
a l l u m e t t e e n f l a m m é e
T e n d r e l ’ o r e i l l e
F i l t r e r l a s o l u t i o n
A j o u t e r d e l a s o u d e c o n c e n t r é e .
