[PDF] [PDF] Loxydo-réduction est stabilisé en milieu basique

View - Download [PDF] Loxydo-réduction

Previous PDF

Next PDF

i i "MPSI-fin" - 2013/7/22 - 9:45 - page 517 - #525i i i i i i

9Oxydoréduction

letransfert d"électrons. Ce transfert revêt une importance particulière puisqu"à chaque fois que démarre une voiture, que fonctionne une pile ou que se corrode une structure ce sont des réactions d'échange électronique qui interviennent. Au niveau biologique, la photosynthèse ou la respiration sont orchestrées par un transfert d'électrons; au ni- veau industriel de nombreux composés (aluminium Al(s), dichlore Cl2(g)) sont préparés par une réaction d'oxydoréduction. La classe de première S a vu l'introduction de la no- tion de couple oxydant-réducteur et l'écriture du bilan d'une réaction d'oxydoréduction, ainsi que la présentation du fonctionnement d'une pile. Dans ce chapitre, nous rappelons la dénition d'un couple oxydant-réducteur et l'écriture d'une équation d'oxydoréduc- tion. L'étude quantitative des phénomènes ayant lieu dans une pile requiert l'introduction d'une équation fondamentale : l'équation des potentiels de NERNST. L"utilisation de cette équation permet d'étudier les différents types d'électrodesenvisageables, d"effectuer le calcul desconstantes d"équilibreassociées aux réactions d"oxydoréduction mais aussi

d'évaluer l'inuence des réactions de complexation ou de précipitation sur les propriétés

oxydoréductrices. Enn, le cas destitrages potentiométriquessera abordé, ainsi qu"une mise en œuvre expérimentale des notions.

1 Généralités sur l"oxydoréduction

1.1 Transfert électronique, vocabulaire

Couples oxydant-réducteur, exemple des couples de l"eau Un oxydant (ou forme oxydée) est une espèce susceptible de capter un ou plusieurs élec-

trons. Un réducteur (ou forme réduite) est une espèce susceptible de fournir un ou plusieurs

électrons.

Définition

Ce transfert électronique est représenté de façon symbolique sous la forme d"unedemi-

équationde la forme :

Ox+ne=Red

(Oxdésigne la forme oxydée tandis queReddésigne la forme réduite). Ainsi dans l"échange

i i "MPSI-fin" - 2013/7/22 - 9:45 - page 518 - #526i i i i i i

CHAPITRE9- OXYDORÉDUCTION

électronique noté :

Cu2++2 e=Cu (s);

l"ion Cu2+désigne l"oxydant(la forme oxydée) et le cuivre Cu(s) désigne leréducteur(ou la forme réduite). Un couple oxydant-réducteur est un couple dont les membres sont liés par une relation d'échange électronique. Il est traditionnellement noté sous la formeOx=Red.

Définition

Notons ici l"usage qui, dans l"écriture d"un couple oxydant-réducteur, place l"oxy- dant en premier. Il convient évidemment d'être capable de s'assurer qu'un énoncé respecte cet usage. Ici, l"exemple fourni engageait le couple oxydant-réducteur Cu2+/Cu(s). L"échange existant dans :

2 H++2 e=H2(g)

met en jeu le couple H+/H2(g). L"espèce oxydéeOxd"un couple oxydant-réducteur subit une réduction lors de la transfor- mation :

Ox+ne=Red

tandis qu"une espèce réduiteRedsubit une oxydation lors du passage :

Red=Ox+ne.

Définition

Ainsi lors de la réaction :

2 H++2 e=H2(g);

l"ion H+subit uneréductiontandis que le dihydrogène H2(g) subit uneoxydationà l"occa- sion de la transformation :

H2(g)=2 H++2e:

Notons que l"eau H2O intervient dans les deux couples oxydant-réducteur suivants.

Couple H2O/H2(g) où elle joue le rôle de formeoxydée. La demi-équation associée s"écrit :

2 H++2 e+H2O=H2(g) +H2O

ou plus simplement :

2 H++2e=H2(g).

518
i i "MPSI-fin" - 2013/7/22 - 9:45 - page 519 - #527i i i i i i

GÉNÉRALITÉS SUR L"OXYDORÉDUCTION

Notons que les couples H2O/H2(g) et H+/H2(g) ne sont qu"un seul et même couple oxydant-réducteur.

Couple O2(g)/H2O où elle joue le rôle de formeréduite. La demi-équation associée s"écrit :

O2(g) +4 H++4 e=2 H2O:

Réaction d"oxydoréduction

Une réaction d"oxydoréduction est une réaction d"échange électroniqueentre le donneur

d'un couple et l'accepteur d'un autre couple. Ce transfert électronique peut être décomposé

endeux demi-équationsne faisant intervenir qu"un seul couple à chaque fois. Traditionnel- lement une réaction d'oxydoréduction prend la forme : a Ox1+b Red2=a Red1+b Ox2 (engageant les couplesOx1=Red1etOx2=Red2). Ainsi lorsqu"une lame de zinc est placée

dans une solution contenant des ions Cu2+(bleue), un dépôt de cuivre métallique apparaît sur

la lame et un affaiblissement de la teinte bleue est observé. Cette observation est expliquée par la réaction d'oxydoréduction :

Cu2++Zn (s)=Cu (s)+Zn2+:

Cette réaction est décomposable endeux demi-réactions:

Cu2++2 e=Cu (s)

et :

Zn (s)=Zn2++2 e:

Les électrons ne possèdent qu"une très faible durée de vie en solution aqueuse : le transfert de

charge en solution est assuré par l'intermédiaire d'ions. Le processus d'échange électronique

reste localisé àl"interface métal/solution.

Exemples à connaître

Quelquesoxydantsclassiques sont fréquemment utilisés : ion permanganate MnO-4(intervenant dans le couple MnO-4/Mn2+) ion dichromate Cr2O2-7(couple Cr2O2-7/Cr3+) peroxyde d"hydrogène (eau oxygénée) H2O2(couple H2O2/H2O) dichlore Cl2(g) (couple Cl2(g)/Cl-). ion hypochlorite ClO-(couple ClO-/Cl-). L"ion hypochlorite est la base conjuguée de l'acide hypochloreux HClO, il est l'un des constituants de l'eau de JAVEL.

Quelquesréducteursfréquents :

sodium métallique Na(s) (couple Na+/Na(s), il s"agit d"un réducteur puissant) magnésium métallique Mg(s) (couple Mg2+/Mg(s), il s"agit d"un réducteur puissant) ion thiosulfate S2O2-3(couple S4O2-6/S2O2-3). 519
i i "MPSI-fin" - 2013/7/22 - 9:45 - page 520 - #528i i i i i i

CHAPITRE9- OXYDORÉDUCTION

1.2 Équilibrage d"une réaction d"oxydoréduction

Une première méthode permettant d"équilibrer une réaction d"oxydoréduction consiste à

écrire les deux demi-équations correspondant à chacun des deux couples engagés et à équili-

brer préalablement chacune des demi-équations. Étape 1 : comment équilibrer une demi-équation d"oxydoréduction.

La réaction est écrite sous la forme :

aOx+ne+pH+=bRed+qH2O Choisiraetbde façon à assurer la conservation de l"élément chimique commun aux espècesOxetRed. Choisir le couple(p;q)pour assurer la conservation des éléments chimiques O et H. Équilibrer enfin les charges en utilisant des électrons (adapter la valeur den). Nous choisissons dans ce chapitre la notation H+(ou H+(aq)) pour désigner le sol- vant protoné. Certains chimistes préfèrent la notation H3O+qui leur semble plus proche de la réalité, mais qui désigne ici la même entité. De nombreuses recherches précise du solvant protoné (ni H+, ni H3O+ne décrit la structure réelle). Il conviendra le cas échéant de se plier aux exigences d'un énoncé et de savoir équilibrer les demi-équations en utilisant des ions H3O+en lieu et place des ions H+: cela ajoute une étape, à partir de la demi-équation : aOx+ne+pH+=bRed+qH2O on ajoutepmolécules d"eau à gauche et à droite pour obtenir : aOx+ne+pH3O+=bRed+ (p+q)H2O. Étape 2 : comment équilibrer une réaction d"oxydoréduction.

Une fois que les demi-équations engageant les deux couples oxydant-réducteur ont été équi-

librées, il convient de multiplier le cas échéant chacune des demi-équations an d'égaler le

nombre d'électrons échangés. Il reste alors à additionner les deux demi-équations et à annuler

les espèces identiques (les électrons en particulier doivent disparaître). Les multiplications de chacune des demi-équations permettant d"égaler le nombre d'électrons échangés ne sont pas uniques. On privilégie la situation permettant d'é- crire un bilan avec des coefcients stœchiométriques entiers les plus petits pos- sibles.

Étape 3 : vérification(tous les éléments chimiques sont-ils convenablement équilibrés?)

Envisageons à titre d'exemple l'oxydation des ions fer(II) Fe2+par les ions dichromate Cr2O2-7. Les couples engagés sont Fe3+/Fe2+et Cr2O2-7/Cr3+. Les deux demi-équations équi- librées sont :

Fe2+=Fe3++e

520
i i "MPSI-fin" - 2013/7/22 - 9:45 - page 521 - #529i i i i i i

GÉNÉRALITÉS SUR L"OXYDORÉDUCTION

et :

6 e+Cr2O27+14 H+=2 Cr3++7 H2O:

La première demi-équation est multipliée par 6, les demi-équations sont additionnées pour

fournir l'équation d'oxydoréduction :

6 Fe2++Cr2O27+14 H+=6 Fe3++2 Cr3++7 H2O:

Une telle écriture suppose que les couples oxydant-réducteur envisagés existent en milieu acide (la réaction est équilibrée avec des ions H+). Dans le cas de couples évoluant en milieu basique, il est nécessaire d'équilibrer l'équation d'oxydoréduc- tion en faisant intervenir des ions hydroxyde HO-. Une méthode consiste à équili- brer ctivement la réaction en milieu acide puis à faire disparaître les ions H+en ajoutant autant d'ions HO-que d"ions H+présents. Il faut évidemment ajouter au- que H++HO-forment la molécule d"eau H2O.

Oxydation du cuivre et les ions nitrate

Équilibrer la réaction d"oxydoréduction engageant les couples NO-3/NO(g) et Cu2+/Cu(s) en milieu acide et témoignant de l'oxydation du cuivre Cu(s) par les ions nitrate.

Réponse :

Écrivons les deux demi-équations d"oxydoréduction :

NO3+4 H++3 e=NO(g) +2 H2O

Cu(s) =Cu2++2 e.

Il convient alors de multiplier la première demi-équation d'oxydoréduction par 2 et la deuxième demi-équation par 3. L'addition des demi-équations ainsi multipliées fournit la réaction d'oxydoréduction sous la forme :

3 Cu(s) +2 NO3+8 H+=3 Cu2++2 NO(g) +4 H2O.

Il s'agit de la réaction observée lorsqu'on fait agir de l'acide nitrique sur du cuivre métal-

lique.

Exercice résolu

Considérons le cas des ions cyanure CN-oxydés par les ions permanganate MnO-4en milieu basique. Les couples engagés (en milieu basique) sont MnO-4/MnO2(s) et CNO-/CN-. Le

but est d'équilibrer la réaction d'oxydoréduction. La réaction est tout d'abord équilibrée en

milieu acide en utilisant la méthode décrite précédemment :

2 MnO4+2 H++3 CN=2 MnO2(s) +3 CNO+H2O:

Afin d"équilibrer la réaction en milieu basique, deux ions HO-sont ajoutés aux réactifs et

aux produits; deux ions H+associés à deux ions HO-forment deux molécules d"eau H2O. 521
i i "MPSI-fin" - 2013/7/22 - 9:45 - page 522 - #530i i i i i i

CHAPITRE9- OXYDORÉDUCTION

L"équation s"écrit alors :

2 MnO4+2 H2O+3 CN

=2 MnO2(s)+3 CNO+H2O+2 HO et après simplification (élimination d"eau pour les réactifs et les produits) il vient :

2 MnO4+H2O+3 CN=2 MnO2(s) +3 CNO+2 HO:

Oxydation du diiode par les ions bromate

Équilibrer la réaction d"oxydoréduction engageant les couples BrO-3/BrO-et IO-3/I2en mi- lieu basique et témoignant de l'oxydation du diiode I2par les ions bromate BrO3:

Réponse :

Les deux demi-équations sont écrites en milieu acide :

BrO3+4 H++4 e=BrO+2 H2O

I2+6 H2O=2 IO3+12 H++10 e.

Il convient alors de multiplier la première demi-équation d'oxydoréduction par 5 et la deuxième demi-équation par 2. L'addition des demi-équations ainsi multipliées fournit, après simplication, une réaction écrite sous la forme :

5 BrO3+2 I2+2 H2O=5 BrO+4 IO3+4 H+.

An d'obtenir une réaction équilibrée en milieu basique, il suft d'ajouter 4 ions hydroxydequotesdbs_dbs4.pdfusesText_8

[PDF] les etapes de clonage en pdf

[PDF] étapes clonage d'un gène

[PDF] clonage moléculaire étapes

[PDF] tout sur les vecteurs de clonage

[PDF] tuto vmware workstation 12

[PDF] comment créer une machine virtuelle avec vmware workstation

[PDF] cours vmware pdf

[PDF] programme ti 82 dérivée sans cable

[PDF] calculatrice ti en ligne gratuite

[PDF] programme ti 82 conversion binaire hexa

[PDF] programme primitive ti 82

[PDF] programme calculatrice ti 82 terminale s

[PDF] programme ti 83

[PDF] hotel club president hammamet

[PDF] omar khayam club