La réaction d'oxydoréduction

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1 La réaction d'oxydoréduction 1)Comment définir un oxydant ou un réducteur? 1.1)Expèrience préliminaire On introduit dans un tube à essais de la paille de fer. Puis on verse dans le tube une solution de sulfate de cuivre. (support+1tube à essais bouché avec CuSO 4 et un tube à essai avec de la paille de fer) Faire un schéma de la manipulation : Instant initial Etat final 1)Quelles sont vos observations? On remarque que la paille de fer s'est recouverte de cuivre. 2)Quelles sont les espèces chimiques présentes au début de la manipulation? Fe (s), Cu 2+ SO 4 3)Quelles sont les espèces chimiques présentes à la fin de la réaction? On voit apparaître du cuivre à l'état solide. En ce qui concerne le fer, il en reste toujours. Pour les ions sulfate, il est impossible à l'oeil nu sans autre expèrience de savoir. 4)Qu'est-il nécessaire de fournir aux ions Cu 2+ pour qu'ils puissent repasser à l'état solide? Les ions Cu 2+ ont besoin de deux électrons. 5)Etablir l'équation de la réaction qui a permis au cuivre de devenir solide. Cu e - = Cu (s) 1.2)Définitions Lors de la réaction précédente, il y a eu un transfert d'électrons. Ce transfert a eu lieu entre les ions Cu 2+ et Fe(s). Ce transfert d'électrons entre est une réaction d'oxydoréduction. Une réaction d'oxydo-réduction est une réaction qui met en jeu un transfert d'électrons entre ses réactifs Un oxydant est une espèce chimique susceptible de capter au moins un électron. Un réducteur est une espèce chimique susceptible de céder au moins un électron. Une réaction d'oxydoréduction ne peut se produire qu'entre un oxydant et un réducteur. Exercice : Parmis les réactions suivantes, entourez en rouge les oxydants et en bleu les réducteurs. Cuivre et nitrate d argent : Cu (s) + Ag + = Cu 2+ + Ag (s) Zinc et sel de Mohr : Fe 2+ + Zn (s) = Fe (s) + Zn 2+ Cuivre et sulfate de zinc : Cu (s) + Zn 2+ = Cu 2+ + Zn (s)

2 1.3)Couple oxydant/réducteur Les ions Cu 2+ sont capables de capter deux électrons. Ce sont des oxydants. Lors de cette transformation il se forme du cuivre à l'état solide Cu (S). Le cuivre à l'état solide est capable de céder deux éléctrons (réaction inverse). Dans ce cas il est un réducteur. De manière générale, tout oxydant est associé à un réducteur. Pour le cuivre l'équation de la transformation est : Cu e - = Cu (s) Oxydant + ne - = Réducteur Définitions : On appelle couple oxydant/réducteur, deux entités chimiques qui se transforment l une en l autre par transfert d électrons. On représente ce transfert par la demi-équation : Le couple oxydant/réducteur dans le cas du cuivre se note : Cu 2+ /Cu (s) 1.4)Les oxydants et les réducteurs dans la classification périodique Les réducteurs sont généralement des métaux. I se situent au milieu de la classification périodique.les réducteurs les plus puissants sont les plus à gauche; les alcalins comme le sodium ou les alcalino-terreux comme le calcium sont de puissants réducteurs). Les oxydants se situent sur la droite de la classification périodique.les halogènes (F 2 ; I 2 ; Cl 2 ; O 2 ) sont de puissants oxydants. 1.5)Etablir la demi-équation d'un couple On étudie dans cet exemple le couple /Mn 2+ (ion permanganate/ion manganèse): Etape n 1 : A partir de la définition précédente on peut écrire pour un couple Ox/Red la relation suivante : + ne - = Mn 2+ Etape n 2 : Conservation des éléments chimiques. Conservation du manganèse : + ne - = Mn 2+ Conservation de l'oxygène à l aide des molécules qui constituent le solvant (ici l eau) + ne - = Mn H 2 O (l) Conservation de l élément hydrogène à l aide des ions hydrogène hydratés + ne - + 8H + = Mn H 2 O (l) Etape n 3 : Conservation de la charge à l'aide des électrons. + 5ne - + 8H + = Mn H 2 O (l)

3 Exercice d'entraînement : Etablr la demi-équation du couple : HclO /Cl 2 Etape n 1 : A partir de la définition précédente on peut écrire pour un couple Ox/Red la relation suivante : HClO + ne - = Cl 2(g) Etape n 2 : Conservation des éléments chimiques. Conservation du manganèse : 2HClO + ne - = Cl 2(g) Conservation de l'oxygène à l aide des molécules qui constituent le solvant (ici l eau) 2HClO + ne - = Cl 2(g) + 2H 2 O (l) Conservation de l élément hydrogène à l aide des ions hydrogène hydratés 2HClO + ne - + 2H + = Cl 2(g) + 2H 2 O (l) Etape n 3 : Conservation de la charge à l'aide des électrons. 2HClO + 2e - + 2H + = Cl 2(g) + 2H 2 O (l) 2)La réaction d'oxydo-réduction 2.1)Etude de la réaction entre le diiode et le thiosulfate de sodium Soit le couple I 2 /I -, (diiode/ion iodure) établir la demi-équation de ce couple : I 2 +2e - = 2I - Soit le couple S 4 O 6 /S 2 O 3, (ion tétrathionate/ion thiosulfate) établir la demi-équation de ce couple : S 4 O 6 +2e - = 2S 2 O 3 On désire faire réagir le diiode avec les ions thiosulfate. Cette réction est-elle possible? Pourquoi? Cette réaction est possible car le diiode est un oxydant (il peut capter des électrons) et que l'ion thiosulfate est un réducteur qui peut céder des électrons. Dans ce cas précis le thiosulfate peut céder deux électrons et le diiode peut en accepter deux. Définition : Une réaction d oxydoréduction est le siège d un échange d électrons entre le réducteur d un couple d oxydoréduction qui cède des électrons et l oxydant d un autre couple redox qui les accepte. Exemple n 1 :Les coulpes mis en jeu lors de cette réaction sont : /Mn 2+ Fe 3+ /Fe 2+ Ecrire l'équation de la réaction entre le permenganate et l'ion fer II : /Mn 2+ Fe 3+ /Fe é + 8H + = Mn H 2 O (l) Fe 2+ = Fe 3+ + é (x5) + 5 Fe H + = Mn Fe H 2 O (l) Exemple n 2 : Les coulpes mis en jeu lors de cette réaction sont : I 2 /I - S 4 O 6 /S 2 O 3

4 Ecrire l'équation de la réaction entre le diiode et l'ion thiosulfate: I 2 / I - I 2 + 2e- = 2I - S 4 O 6 / S 2 O 3 2 S 2 O 3 + 2e- = S 4 O 6 I S 2 O 3 = 2I - + S 4 O 6 2.2)De manière générale : Soient deux couple Ox 1 /Red 1 et Ox 2 /Red 2 l'équation de la réaction traduit l'échange d'électrons de entre le réducteur d'un couple et l'oxydant couple. L'équation de la réaction peut alors s'écrire : Ox1/Red1 Ox 1 + n 1 e- = Red 1 (x n 2 ) Réduction Ox2/Red2 Red 2 =Ox 2 + n 2 e- (x n 1 ) Oxydation n 2 Ox 1 + n 1 Red 2 = n 2 Red 1 + n 1 Ox 2 2.3)Réaction de titrage Exercice : Soient deux solutions : Une solution S 1 de diiode de concentration C 1 et de volume V 1 Une solution S 2 de thiosulfate de sodium de concentration C 2 et de volume ajouté à la burette V a Rappeler l'équation de la réaction d'oxydoréduction entre ces deux espèces chimiques : I S 2 O 3 = 2I - + S 4 O 6 Compléter le tableau d'avancement suivant : Équation chimique I 2 + 2S 2 O 3 = 2I - + S 4 O 6 Etat du système Avancement (en mol) Quantités de matières (en mol ) État initial X=0 n i,i2 =C 1.V 1 n i,s2o3 =C 2.V a C A l'équivalence X 1.V 1 - X eq = 0 C 2.V a - 2X eq = 0 n e,i = 2X eq n e,s4o6 = X eq equivalence Déterminer la relation qui lie C 1,V 1, C 2, et V a à l'équivalence : Le système à l'équivalence est : C 1.V 1 - X eq = 0 X eq = C 1.V 1 C 2.V a - 2X eq = 0 X eq = Donc : C2.Va 2 = C 1.V 1 C2.Va 2 En général : On considère des couples ox/red : Ox 1 /Red 1 et Ox 2 /Red 2 L'équation de la réaction peut alors s'écrire :

5 Ox1/Red1 Ox 1 + n 1 e- = Red 1 (x n 2 ) Réduction Ox2/Red2 Red 2 =Ox 2 + n 2 e- (x n 1 ) Oxydation n 2 Ox 1 + n 1 Red 2 = n 2 Red 1 + n 1 Ox 2 Soient deux solutions : Une solution S 1 d'oxydant 1 de concentration C 1 et de volume V 1 Une solution S 2 de réducteur 2 C 2 et de volume ajouté à la burette V 2 Compléter le tableau d'avancement de cette réaction est : Équation chimique n 2 Ox 1 + n 1 Red 2 = n 2 Red 1 + Ox 2 Etat du système Avancement (en mol) Quantités de matières (en mol ) État initial X=0 n i,ox1 =C 1.V 1 n i,red2 =C 2.V C A l'équivalence X 1.V 1 - n 2 X eq = 0 C 2.V 2 - n 1 X eq = 0 n e,i =n 2 X eq n e,s4o6 = equivalence n 1 X eq Détermination de la relation qui lie C 1,V 1, C 2, et V 2 à l'équivalence : Le système à l'équivalence est : C1.V1 C 1.V 1 - n 2 X eq = 0 X eq = n2 C 2.V 2 - n 1 X eq = 0 X eq = C2.V2 n1 Donc : C1.V1 n2 = C2.V2 n1

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