Les réactions d'oxydo-réduction

  1.Oxydants et réducteurs 1.1 .Activité.1  :réaction de l’ion cuivre II sur le métal zinc 1.Identifier les réactifs dans cette manipulati...

 

1.Oxydants et réducteurs

1.1.Activité.1 :réaction de l’ion cuivre II sur le métal zinc

1.Identifier les réactifs dans cette manipulation.

2. sachant qu’il se forme un précipité d’hydroxyde de de fer II (Fe(OH)_2(s)

 lorsqu’on ajoute quelques gouttes d’hydroxyde de sodium à un échantillon 

du mélange.Identifier les produits de la réaction.

3.Quelles sont les particules échangées lors de cette transformation ?

4. Compléter les demi-équation suivantes :

Zn(s)  →Zn²⁺_(aq) +       …..

Cu²⁺_(aq)   +  …..   ⟶  Cu_(s)

déduire l’équation bilan de la réaction.

Réponses

1.      Les réactifs sont le métal zinc (Zn_(s)) et les ions cuivre II (Cu²⁺_(aq))

2.      Les produits de la réaction sont les ions Zn II  (Zn²⁺_(aq)) et le métal cuivre(Cu_(s))

3.      Il y a un échange d’électrons entre les deux espèces car le zinc a perdu 2 électrons et l’ion cuivre II a gagné 2 électrons

4.      Zn_(s)  ⟶ Zn²⁺ _(aq) +  2e^-

Cu²⁺_(aq)   +  2e^-   ⟶  Cu_(s)

Equation bilan de la réaction chimique : Zn_(s)  + Cu²⁺_(aq) ⟶ Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

1.2. Activité.2 :Réaction entre le cuivre métallique et l’ion argent

1.Identifier les réactifs dans cette manipulation.

2. Identifier les produits de la réaction.

3.Quelles sont les particules échangées lors de cette transformation ?

4. Compléter les dei-équation suivantes :

Cu(s)  → Cu²⁺ _(aq) +       …..

Ag⁺_(aq)   +  …..   ⟶  Ag(s)

déduire l’équation biilan de la réaction.

Réponses

1.      1.Les réactifs sont le métal cuivre (Cu_(s)) et les ions argent (Ag⁺_(aq))

2.      2.Les produits de la réaction sont les ions cuivre II  (Cu²⁺_(aq)) (la solution set teinte prgressivement en bleu) et le métal argent(Ag_(s)) (le métal argent se dépose sur la lame de cuivre)

3.      3.Il y a un échange d’électrons entre les deux espèces car le cuivre a perdu 2 électrons et

et l’ion argent Ag+ a gagné 1 électron.

4.      Cu_(s)  ⟶ Cu²⁺_(aq) +  2e^-

Ag⁺_(aq)   +  e^-   ⟶  Ag_{(s)   (×2)}

Equation bilan de la réaction chimique :Il y a un transfert d'éléctrons entre les deux réactifs) Cu_(s)  + 2Ag⁺_(aq) ⟶ Cu²⁺_(aq) + 2 Ag_(s)

_{1.3.Définitions}

_L'oxydant:

_{Un oxydant est une espèce chimique capabel de capter un ou plusieurs électrons.}

_Exemples: 

_{Dans l'activité1, l'ion cuivre II s'est transformé en atome de cuivre en gagnant 2 électrons.}

_{L'ion Cu²⁺ est un oxydant.}

_{Dans l'activité2, l'ion argent Ag⁺ s'est transformé en atome argent Ag} 

_{en gagnant un électron. Ag⁺ est un oxydant.}

_{Le reducteur:}

_{Un réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons.}

_{Activité1: Pour se transformer en ion Zn II, l'atome de zinc a cédé deux électrons.}

_{Zn(s) est un réducteur.} 

_{activité2:   Pour se transformer en ion Zn II, l'atome de zinc a cédé deux électrons.}

_{Zn(s) est un réducteur.}

_{L'oxydation: perte d'électrons}

_{Activité1: le zinc se transforme en ions Zn²⁺ en perdant 2 électrons. C'est une oxydation.}

_{Zn →}  Zn²⁺  +  2e⁻  c'est la demi-équation électronique d'oxydation

activité2: Le cuivre se transforme en ion cuivre II en perdant 2 électrons.C'est une oxydation.

Cu  →  Cu²⁺    +    2e⁻  : c'est la demi-équation électronique d'oxydation

La réduction: gain d'électrons.

_{Activité1: L'ion cuivre II se transforme en atome de cuivre  en pcaptant 2 électrons. C'est une réduction}

  Cu²⁺  +  2e⁻ →   Cu  c'est la demi-équation électronique de réduction.

activité2: L'ion argent  se transforme en atome d'argent en gagnant 1 électron.C'est une réduction.

  Ag⁺    +    e⁻ →  Ag : c'est la demi-équation électronique de réduction.

L'oxydo-réduction: Une réaction d'oxydo-réduction est un transfert d'électrons.

Equation bilan d'une réaction d'oxydo-réduction:

Activité1:   Zn   +    Cu²⁺    →  Zn²⁺   +  Cu 

Activité2: Cu  +  2  Ag⁺  →  Cu²⁺  + 2 Ag

2.Couple oxydant-réducteur:

2.1. couple oxydant-réducteur : ion métallique/métal

Au cours de la première activité, l’ion Cu²⁺ (oxydant) passe à l’atome de cuivre Cu 

selon la demi-équation : Cu²⁺ + 2e^_ → Cu

Au cours de la deuxième activité, l’atome Cu du cuivre métallique  (réducteur) passe à l’ion

 de cuivre II   selon la demi-équation : Cu → Cu²⁺ + 2e^-

On constate que les deux transformations sont inverses l’une de l’autre .

 On dit que Cu²⁺ et Cu Constituent un couple oxydant/réducteur ou redox noté : Cu²⁺  / Cu

On appelle couple oxydant/réducteur deux espèces chimiques qui se transforment l’une en

 l’autre selon les conditions expérimentales.

2.2. Demi-équation électronique

Dans l’activité1, : l’ ion cuivre II  se transforme en cuivre métal :  Cu²⁺ + 2e^_ → Cu

Dans l’activité2, le cuivre métal se transforme en ion cuivre II : Cu → Cu²⁺ + 2e^-

On traduit la possibilité des deux transformations par la demi-équation électronique :

Cu²⁺ + 2e^_ ⇄ Cu

Remarques : 

• La demi-équation électronique est une écriture symbolique qui formalise 

le passage d’un état à l’autre, mais ne traduit pas la réalité  car les électrons ne se trouvent 

pas en solution

En générale, à tout couple ox/red est associé une demi-équation redox qui s’écrit  :

Ox + ne^- ⇄ red

• Toute réaction d'oxydoréduction fait intervenir deux couples Ox/Red . L'oxydant d'un couple réagit avec le réducteur de l'autre . L'oxydant subit une réduction et le réducteur subit une oxydation.

Dans l'éxpérience de l'activité1:

les coupes ox/red intervenant sont: Cu²⁺/Cu   et   Zn²⁺/ Zn

Demi-équation d'oxydation: _{Zn →}  Zn²⁺  +  2e⁻

Demi-équation de réduction:   Cu²⁺  +  2e⁻ →   Cu

Equation-bilan d'oxydo-réduction: Zn   +    Cu²⁺    →  Zn²⁺   +  Cu 

Dans l'éxpérience de l'activité2:

les coupes ox/red intervenant sont:  Cu²⁺/Cu   et  Ag⁺/ Ag

Demi-équation d'oxydation: _{Cu →}  Cu²⁺  +  2e⁻

Demi-équation de réduction:   Ag⁺  +  e⁻ →  Ag   (×2)

Equation-bilan d'oxydo-réduction: Cu   +    2Ag⁺    →  Cu²⁺   +  2Ag

le nombre d'électrons cedés par le réducteur  (Cu)= au nombre d'électrons captés par l'oxydant (Ag⁺).

2.3 Exemples de couples simples ox/red (ion métallique/métal)

 2.4 Autres  couples ox/red

2.4.1. couple ion métallique/ion métallique : Fe³⁺_(aq)/Fe²⁺_(aq)

demi-équation :  Fe³⁺_(aq) +e-  ⇄ Fe²⁺_(aq)

2.4.2. Couple ion hydrogène/dihydrogène : H⁺ _(aq)/H_2(g)

demi-équation :   2H⁺ _(aq)  +2e-  ⇄ H_2(g)

2.4.3. Couples Ox/Red plus complexes

a. Couple ion tetrathionate/ion thiosulfate: S₄O₆^2- _(aq)/S₂O₃^2-_(aq)

demi-équation : S₄O₆^2- _(aq)  + 2e- ⇄ S₂O₃^2-_(aq)

b.Couple ion permanganate/ion manganèse (II) en milieu acide : MnO₄^- _(aq)/Mn²⁺_(aq) 

Comment écrire la demi-équation d'oxydo-réduction équilibrée associée au couple Ox/red

·         Conservation des éléments:

L'élément oxygène: La conservation de l'élément oxygène(O) se réalise en ajoutant des molécules d'eau :

MnO₄^-    +        ⇄  Mn²⁺      +  4 H2O

L’élément hydrogène : En milieu acide, la conservation de l'élément hydrogène (H) se réalise  à l’aide des ions H⁺_(aq)

MnO₄^-    +  8 H⁺_(aq)       ⇄  Mn²⁺      +  4 H₂O

·         Conservation des charges: On ajoute les électrons.Chaque électron est compté avec une charge -1

MnO₄^-    +  8 H⁺_(aq)  +    ne-    ⇄  Mn²⁺      +  4 H₂O

-1           + 8             +      -n   =    +2         +  4.0

+7                                     -n        =   +2

n = 7 - 2 = 5   (5éléctrons captés)

MnO₄^-    +  8 H⁺_(aq)  +    5e-    ⇄  Mn²⁺      +  4 H₂O

Exercice  d’application:

Ecrire la demi-équation électronique d’oxydo-réduction correspondant au couple

 ion chromate/ion chrome (III):Cr₂O₇^2-_(aq) / Cr³⁺_(aq)  (en milieu acide)

·         Conservation de l’élément chrome (Cr) : Cr₂O₇^2-_(aq) +    ⇄ 2 Cr³⁺_(aq)

·         Conservation de l’élément oxygène(O)  en ajoutant des molécules d’eau:

 Cr₂O₇^2-_(aq) +    ⇄ 2 Cr³⁺_(aq)+ 7 H₂O

·         Conservation de l’élément hydrogène (H) en ajoutant des ions H⁺_(aq):  

 Cr₂O₇^2-_(aq) + 14 H⁺_(aq)  ⇄ 2 Cr³⁺_(aq)+ 7 H₂O

·        

Conservation des charges en ajoutant des électrons :

Cr₂O₇^2-_(aq) + 14 H⁺_(aq)   + 6 e-  ⇄ 2 Cr³⁺_(aq)+ 7 H₂O

 -2+14=+12                                        2.6+7.0=+6

Le nombre d’électrons captés est : 12 – 6 = 6