Oxydo-réduction définitions

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1 Oxydo-réduction définitions 1. Dans les réactions suivantes, indique qui est l'oxydant, qui est le réducteur, qui est réduit, qui est oxydé : a. Hg 2+ + Mn Hg + Mn 2+ b. H 2 + Sn 4+ 2 H + + Sn 2+ c. 2 Li + F 2 2 Li F - d. Br Cr 2+ 2 Br Cr 3+ e. 2 Fe 2+ + Sn 4+ Sn Fe Quand le césium est exposé au chlore gazeux, un éclair lumineux apparaît. Le résultat de la réaction est le chlorure de césium, un sel blanc composé d'ions chlorure et d'ions césium. a. Écris la formule de la réaction globale entre le césium et le chlore b. Identifie les deux demi-réactions d'oxydatiion et de réduction. c. Détermine qui est l'oxydant et qui est le réducteur. 3. Calcule le nombre d'oxydation des éléments en gras : 4. Calcule le nombre d'oxydation des éléments en gras puis détermine qui est oxydé et qui est réduit : 5. Détermine quelles réactions parmi les suivantes sont des réactions d'oxydo-réduction : École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 1

2 Équilibrage des réactions 1. Équilibre les demi-réactions suivantes : 2. Pour chacune des réactions suivantes, détermine la variation du nombre d'oxydation pour l'élément en gras puis détermine si la demi-réaction est une oxydation ou une réduction : 3. Équilibre les réactions suivantes en équilibrant d'abord les demi-réactions : École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 2

3 4. Équilibre les réactions suivantes en utilisant les nombres d'oxydation : École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 3

4 Titrages redox 1. Quand 25,00 ml d'acide oxalique, H 2 C 2 O 4, sont titrés avec une solution de KMnO 4 de concentration 0,2500 M. 35,25 ml de KMnO 4 sont nécessaires pour atteindre l'équivalence suivant la réaction : 2 MnO H H 2 C 2 O 4 2 Mn H 2 O + 10 CO 2 Quelle est la concentration de l'acide oxalique? 2. 25,0 ml d'acide nitreux, HNO 2, réagissent avec un excès de KI suivant l'équation : 2 HNO I H + 2 NO + I H 2 O L'iode produit est ensuite titré avec 14,6 ml de solution de Na 2 S 2 O 3 de concentration 0,150 M suivant la réaction : 2 S 2 O 3 + I 2 S 4 O I - Quelle est la concentration de l'acide nitreux? 3. Un échantillon de 3,00 g de fer pur est dissout dans de l'acide chlorhydrique et la solution résultante est traitée pour produire des ions Fe 2+. Le volume final de la solution est 500,0 ml. Quel volume de solution de KMnO 4 de concentration 0,0500 M est nécessaire pour titrer 25,0 ml de la solution de Fe 2+? 4. Un échantillon d'étain pur est dissout dans de l'acide chlorhydrique pour produire 25,0 ml d'une solution d'ions Sn 2+. Cette solution est ensuite titrée avec 41,7 ml de solution de KMnO 4 de concentration 0,135 M. a. Sachant que les ions Sn 2+ sont transformés en ions Sn 4+, écris l'équation de la réaction de titrage. b. Quelle est la concentration des ions Sn 2+ en solution? c. Quelle est la masse de l'échantillon d'étain? 5. Un échantillon de 25,0 ml d'eau de Javel, NaOCl, de concentration 0,500 M réagit avec un excès de KI. L'iode produit est ensuite titré avec des ions thiosulfate pour produire des ions I -. a. Écris les deux réactions utilisées. b. Quel volume de Na 2 S 2 O 3 de concentration 0,750 M a été nécessaire pour ce titrage? 6. 25,00 ml d'un solution de CuSO 4 réagissent avec un excès de KI. L'iode produit est ensuite titré avec des ions thiosulfate pour produire des ions I -. Le titrage nécessite 15,69 ml de solution de Na 2 S 2 O 3 de concentration 0,1650 M. a. Écris les deux réactions utilisées. b. Calcule la concentration de la solution de CuSO Un échantillon de 5,00 g de KIO 3 impur est dissout dans une solution de 1,00 l. 25,00 ml de cette solution réagissent avec un excès de KI. L'iode produit est ensuite titré École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 4

5 avec des ions thiosulfate pour produire des ions I -. Le titrage nécessite 13,1 ml de solution de Na 2 S 2 O 3 de concentration 0,248 M. Calcule le pourcentage de pureté de KIO 3 dans l'échantillon. La pile électrochimique 1. Soit la pile suivante : un morceau de nickel est immergé dans un bécher contenant une solution de chlorure de nickel, et un morceau de cuivre est immergé dans un bécher contenant une solution de sulfate de cuivre. Les électrodes de métal sont reliées par un fil électrique et les béchers sont connectés par un pont salin. L'équation de la réaction est : Ni + Cu 2+ Ni 2+ + Cu a. Fais un dessin b. Quelle électrode est l'anode? c. Vers quelle électrode les ions SO 4 progressent-ils? d. Vers quelle électrode les électrons se déplacent-ils? e. Si 0,025 mol de Cu(s) sont produites, combien de moles d'électrons circulent à travers le fil? f. Vers quelle électrode les ions Ni 2+ migrent-ils après avoir été formés? 2. Soit la pile suivante : un morceau d'étain est immergé dans un bécher contenant une solution de sulfate d'étain de concentration 1 M et un morceau d'argent est immergé dans un bécher contenant une solution de nitrate d'argent de concentration 1 M. Les électrodes de métal sont reliées par un fil électrique et les béchers sont connectés par un pont salin. Après plusieurs heures, la masse de l'électrode en étain a diminué. a. Quelle est l'équation ionique nette de la réaction? b. Quelle électrode est la cathode? c. Vers quelle électrode les ions Ag + se déplacent-ils? d. Vers quelle électrode les électrons se déplacent-ils? e. La masse de l'électrode d'argent diminue-t-elle ou augmente-t-elle? f. Si 0,010 mol de Sn(s) réagissent, combien de moles d'électrons circulent à travers le fil? g. Si 0,020 mol de Sn(s) réagissent, combien de moles d'argent réagissent? h. Combien de moles d'électrons circulent à travers le pont salin? 3. Calcule la force électromotrice pour chacune des réactions suivantes et définis si ces réactions vont être spontanées : École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 5

6 4. Soit six demi-piles (toutes les solutions ont pour concentration 1 M) une solution de CuSO 4 contenant une électrode de Cu une solution de Cr 2 (SO 4 ) 3 contenant une électrode de Cr une solution de MgSO 4 contenant une électrode de Mg une solution de ZnSO 4 contenant une électrode de Zn une solution de AgNO 3 contenant une électrode de Ag une solution de FeSO 4 contenant une électrode de Fe a. Quelle paire de demi-piles formera la pile avec le plus haut voltage? b. Quelle paire de demi-piles formera la pile avec le plus bas voltage? 5. Soit les réactions suivantes : Détermine si Nb 5+ réagira spontanément ou pas avec Te. 6. Soit un métal hypothétique A : a. Le métal A peut-il réagir avec de l'eau pure (ph = 7) pour produire de l'hydrogène? b. Le métal peut-il être dissout par une solution de H + de concentration 1 M pour produire de l'hydrogène? Si oui, quel ion est formé, A + ou A 2+? 7. Soit quatre métaux A, B, C, D dans des solutions de A 2+, B 2+, C 2+, D 2+ de concentration 1 M. Les résultats suivants sont trouvés lorsque les demi-piles sont connectées : École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 6

7 Classe les métaux de l'oxydant le plus fort au plus faible. 8. Soit cinq métaux A, B, C, D, E dans des solutions de A 3+, B 3+, C 3+, D 3+, E 3+ de concentration 1 M. Les résultats suivants sont trouvés lorsque les demi-piles sont connectées : Classe les ions métalliques de l'oxydant le plus fort au plus faible. 9. Une demi-pile A est constituée d'une électrode de Zn dans une solution de ZnSO 4 de concentration inférieure à 1 M. Une demi-pile B est constituée d'une électrode de Cu dans une solution de CuSO 4 de concentration supérieure à 1 M. Quelle serait la force électromotrice de la pile constituée de ces deux demi-piles? Serait-elle plus grande, égale ou inférieure à 1,10 V? 10. Le voltage de la pile Pb 2+ + Zn Pb + Zn 2+ dépendamment des conditions utilisées. Détermine parmi les trois situations suivantes celle qui va produire le plus fort voltage et celle qui va produire le plus faible : a. une fine électrode de Zn est immergée dans une solution de Zn 2+ de concentration 0,5 M / une électrode épaisse de Pb est immergée dans une solution de Pb 2+ de concentration 1 M b. une électrode épaisse de Zn est immergée dans une solution de Zn 2+ de concentration 1 M / une fine électrode de Pb est immergée dans une solution de École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 7

8 Pb 2+ de concentration 0,5 M c. une électrode épaisse de Zn est immergée dans une solution de Zn 2+ de concentration 1 M / une électrode épaisse de Pb est immergée dans une solution de Pb 2+ de concentration 1 M 11. Qui est l'oxydant le plus fort : une solution de Pb 2+ de concentration 1 M ou 2 M? 12. Qui est le réducteur le plus fort : une solution de I - de concentration 1 M ou 2 M? 13.Si une pile est utilisée dans une lampe de poche, pourquoi l'intensité de la lumière vat-elle diminuer progressivement plutôt que de rester toujours au même niveau jusqu'à ce que la pile soit «morte»? École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 8

9 Spontanéité d'une réaction 1. Définis si les substances suivantes peuvent être oxydées, réduites, ou ni l'un ni l'autre ou les deux. a. Na + b. I - c. Cu + d. Sn 4+ e. NO 3 - f. Hg g. Fe 2+ h. Co 2+ i. Se j. Sn 2+ k. Al l. Cr 2 O 7 en milieu acide 2. Détermine si les réactions suivantes seront spontanées. Si oui, écris la réaction : a. Ni 2+ + Ag b. Zn 2+ + Li c. Ag + I - d. H + + Cu e. H + + Fe f. Sn 4+ + Au g. Sn 2+ + Co h. Cu + + Sn i. Al 3+ + Ni j. Hg 2+ + H 2 3. Lequel des deux est l'oxydant le plus fort? a. Zn 2+ ou Ca 2+ b. Cr 3+ ou Cu 2+ c. Br 2 ou I 2 École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 9

10 4. Lequel des deux est le réducteur le plus fort? a. Mn ou Pb b. Cu + ou Sn 2+ c. Cr 2+ ou Fe Détermine si le mélange des deux substances suivantes donnera lieu à une réaction spontanée et si oui, écris-la. a. Zn(s) et H 2 (g) b. Sn(s) et Sn 4+ c. H + et Mn(s) d. Fe 2+ et Cr 2 O 7 e. Fe 2+ et Cr 2 O 7 en milieu acide f. Cu(s) et H + g. MnO 2 (s), H + et I - h. SO 4 et Sn(s) 6. Soient les trois demi-réactions suivantes : A e - A(s) B e - B(s) C e - C(s) Sachant que A 2+ réagit avec C(s) mais pas avec B(s), classe les trois demi-réactions de la plus forte réduction à la plus faible. 7. Soient les quatre demi-réactions suivantes : D e - D(s) E e - E(s) F e - F(s) G e - G(s) Sachant que F 2+ réagit avec D(s), E(s) et G(s), que D 2+ ne réagit avec aucun des trois métaux et que G 2+ ne réagit qu'avec D(s), classe les quatre demi-réactions de la plus forte oxydation à la plus faible. 8. Complète le tableau suivant avec RX s'il y a réaction et s'il n'y a pas de réaction. Fe Au Ni Pb Fe 2+ Au 3+ Ni 2+ Pb Soit le tableau suivant qui donne des informations sur les réactions possibles entre deux substances : V 2+ Cd 2+ Ti 2+ Ga 3+ V Rx Rx École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 10

11 Cd Ti Rx Rx Rx Ga Rx Classe les métaux du plus fort oxydant au plus faible. Électrolyse 1. Quels produits sont formés lorsque les solutions suivantes sont électrolysées? a. NiI 2 (aq) de concentration 1 M b. MnI 2 (aq) de concentration 1 M c. MnF 2 (aq) de concentration 1 M d. HI(aq) de concentration 1 M 2. Si du CuCl 2 pur et fondu est électrolysé avec des électrodes inertes, quelles substances seront produites à l'anode et à la cathode? Quel est le voltage minimum qui devra être utilisé? 3. Une solution de CuSO 4 est electrolysée avec des électrodes inertes. Quelles substances sont produites à l'anode et à la cathode? Quel est le voltage minimum qui a été utilisé? 4. Détermine les réactions qui auront lieu quand les solutions suivantes seront électrolysées : a. KI(aq) de concentration 1 M b. SnCl 2 (aq) de concentration 1 M c. CuBr 2 (aq) de concentration 1 M d. HBr(aq) de concentration 1 M e. K 2 SO 4 (aq) de concentration 1 M f. CoI 2 (aq) de concentration 1 M g. FeCl 3 (aq) de concentration 1 M h. H 2 SO 4 (aq) de concentration 1 M 5. Pourquoi ne peut-on pas produire de l'aluminium par électrolyse de AlCl 3 (aq)? 6. Examine le schéma suivant : École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 11

12 a. Quel est le voltage de la pile formée des demi-piles Mn 2+ /Mn et Ag + /Ag? b. Décris ce qui se passe lorsque cette pile est connectée au NaBr. École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 12

13 Applications de l'oxydo-réduction et de l'électrolyse 1. On trouve de l'or pur dans la nature mais très rarement du fer. Pourquoi? 2. Si une planète avait une atmosphère constituée d'hydrogène au lieu d'oxygène, trouverait-on du fer à l'état naturel? 3. Il existe en Inde un pilier de fer qui marquait autrefois une frontière entre deux territoires. Ce pilier est droit et partiellement enfoui dans le sol mais est très peu rouillé. Pourquoi? 4. L'aluminium s'oxyde très rapidement dans de l'eau salée. Détermine trois méthodes pour ralentir ou supprimer la corrosion de bateaux en aluminium. 5. Une boite en métal est recouverte d'une couche d'étain. Lorsque l'étain s'oxyde, il forme une couche de SnO qui recouvre l'étain et le protège. Si la couche en étain est éraflée et le fer exposé à l'air, est-ce que l'étain va agir comme une anode sacrificielle? 6. Tu disposes d'une morceau de fer que tu veux recouvrir d'une couche de chrome par galvanoplastie. Le fer, devrait-il être l'anode ou la cathode? 7. Dessine le dispositif nécessaire pour recouvrir une cuillière en fer d'une couche d'argent. Ton dessin doit faire apparaître : les ions en solution, les mouvements ioniques, les substances utilisées à l'anode et à la cathode et les mouvements des électrons. 8. Dessine le dispositif nécessaire pour recouvrir un morceau d'étain d'une couche de cuivre. Ton dessin doit faire apparaître : les ions en solution, les mouvements ioniques, les substances utilisées à l'anode et à la cathode et les mouvements des électrons. École Victor Brodeur juillet 2011 S.Windels page 13