Transport Leçon : Oxydoréduction

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1 Transport Leçon : Oxydoréduction Introduction Au cours de cette leçon, nous allons présenter le phénomène d oxydoréduction, nous expliquerons la base de la théorie de ce phénomène puis nous étudierons quelques réactions d oxydoréduction. Les objectifs : - Interpréter une réaction d oxydoréduction : identifier l oxydant, le réducteur, l oxydation et la réduction. - Ecrire les demi équation de couples redox, - Ecrire la réaction bilan d un couple redox, - Connaître et comprendre le principe et le fonctionnement de la classification électrochimique Les pré-requis : - La structure électronique des atomes, - Les concentrations et les masses molaires, - La réaction chimique. e Activite N 1 : Sur l étude de deux réactions, Pourquoi lorsque l on met du Zinc en contact avec une solution ionique de Cuivre une réaction se produit alors que lorsque l on met du cuivre avec solution ionique de Zinc, il ne se passe rien? Expérience N 1 : Lame de Zinc (Zn) en contact avec une solution de sulfate de Cuivre (Cu 2+, SO 4 2- ) Une réaction chimique se produit : OUI - NON Expérience N 2 : Lame de Cuivre (Cu) en contact avec une solution de sulfate de Zinc (Zn 2+, SO 4 2- ) Une réaction chimique se produit : OUI NON L oxydoréduction Cours 1-5

2 Expérience N 3 : Lame de Cuivre (Cu) en contact avec une solution de nitrate d Argent (Ag +, NO 3 - ) On verse ensuite quelques gouttes de soude NaOH dans le tube à essais et on observe le résultat. Une réaction chimique se produit : OUI - NON Lorsque l on verse la soude la solution se colore voilamment. 1- Présentation et vocabulaire Nous allons dans cette première partie, étudier une réaction chimique N 2 qui va nous permettre de présenter le vocabulaire associé à une réaction chimique d oxydoréduction. On remarque l apparition d une matière noire qui se dépose autour du cuivre et la solution initialement transparente et sans couleur devient bleue. Interprétation : Lors de la réaction, les atomes de métal cuivre Cu perdent des électrons pour donner des ions cuivre (II) Cu 2+ alors que les ions argent Ag + captent des électrons pour donner des atomes d argent Ag. Au cours d une réaction chimique, les réactifs peuvent échanger des électrons pour donner de nouvelles espèces, les produits. On parlera dans ce cas de réaction d oxydoréduction. e Activite N 2 : Ces questions porte sur la troisième réaction c'est-à-dire la plaque de cuivre dans la solution de nitrate d argent. 1- Quelles sont les espèces chimiques présentes au début de la réaction? (quels sont les réactifs de cette réaction?) 2- Préciser sous quelle forme on les trouve? (métallique ou ionique) 3- Quel est l ion mis en évidence par le test à la Soude? 4- Quels sont les produits obtenus par cette réaction chimique? 5- Ecrire une première demi équation concernant seulement la transformation sur l élément ARGENT. 6- Ecrire une deuxième demi équation concernant seulement la transformation sur l élément CUIVRE. 7- Réécrire l une de ces deux équations afin qu il y ait autant d électrons échangés dans chacune d entre elle (il faut trouver une coefficient multiplicateur pour l une des deux équations). 8- Ecrire l équation bilan de cette réaction chimique correspondant à l association de ces deux dernières équations. Réponses : 1- Les réactifs de cette réaction sont : le cuivre Cu et les ions Argent Ag + - (les ions NO 3 n intervenant pas lors de cette réaction). 2- Le cuivre est sous forme métallique et l argent sous forme ionique. 3- Le test à la soude permet de mettre en évidence les ions Cu Les produits obtenus sont : l argent (qui se dépose) et les ions Cuivre II. 5- La demi réaction concernant l argent s écrit : Ag e - Ag L argent est passe de l état ionique à l état métallique on dit qu il s est réduit. Cette réaction est donc une réaction de réduction. 6- La demi réaction concernant le cuivre s écrit : Cu Cu e - Le cuivre est passé de l état métallique à l état ionique on dit qu il s est oxydé. Cette réaction est donc une réaction d oxydation L oxydoréduction Cours 2-5

3 7- Afin de répondre à cette question, il suffit de multiplier par deux l équation concernant l argent : Les deux demi équations s écrivent alors : 2Ag e - 2 Ag Cu Cu e - 8- L équation bilan s écrit alors: Réaction : 2 Ag + + Cu Cu Ag Cette réaction correspond à la fois à une réaction de réduction (pour l argent) et une réaction d oxydation (pour le cuivre) : On dit que cette réaction est une réaction d oxydoréduction. Une oxydation est une perte d électron. Une réduction est un gain d électron. L élément qui perd des électrons porte le nom de réducteur. L élément qui gagne des électrons porte le nom d oxydant. e Activite N 3 : Dans la réaction précédente : 1- Identifier le réducteur. 2- Identifier l oxydant. 3- Identifier le composé chimique qui a subit une réduction. 4- Identifier le composé chimique qui a subit une oxydation. Réponses : 1- Le réducteur est donc le cuivre. 2- L oxydant est donc l argent. 3- C est l argent qui a subit une réduction. 4- C est le cuivre qui a subit une oxydation. e Activite N 4 : Les questions portent maintenant sur la première expérience, la lame de zinc dans le sulfate de cuivre. 1- Le cuivre a-t-il encore le rôle de réducteur dans cette réaction chimique? 2- Ecrire les deux demi-équations chimiques en précisant si il s agit d une réduction ou d une oxydation. 3- Quel est le réducteur de cette réaction? 4- Quel et l oxydant dans cette réaction? 5- A la vue des deux dernières réactions chimiques étudiées un seul atome peut-il jouer à la fois le rôle d oxydant et de réducteur? Réponses : 1- NON, ici le cuivre joue le rôle d oxydant car il subit une réduction. 2- Les deux demi-équations sont les suivantes : Cu e - Cu (c est une réduction) Zn Zn e - (c est une oxydation) 3- Le réducteur est le Zinc. 4- L oxydant est le Cuivre. 5- OUI, on vient de le voir avec le cuivre. Chaque ion et son atome métallique correspondant forme une couple oxydant réducteur ou couple redox. Les éléments d un couple redox sont liés par la relation : Réduction Ox + n e - Red Oxydation L oxydoréduction Cours 3-5

4 2- Classer et prévoir 2.1- Présentation et intérêt e Activite N 5 : Expérience N 1 & 2: Lorsque l on plonge une lame de cuivre dans une solution de sulfate de Zinc, il ne se passe rien Le métal cuivre ne réduit donc pas les ions Zn 2+. Par contre, nous avons vu que lorsque l on plonge du Zinc dans du sulfate de cuivre, les ions Cu 2+ sont réduits par le Zinc : Le métal Zinc est donc meilleur réducteur que le métal Cuivre. Expérience N 3 : De la même manière, nous avons vu que lorsque nous mettons en présence un copeau de cuivre dans une solution de nitrate d argent, les ions argent Ag + sont réduits par le cuivre. Par contre si nous plongeons une lame d argent dans une solution de sulfate de cuivre, rien ne se passe. Le métal Cuivre est donc meilleur réducteur que l Argent. Conclusion : En fonction de toutes les observations que nous avons effectuées, nous pouvons en déduire un classement : Remplir le classement ci-contre avec les données précédentes : Pouvoir oxydant Croissant Ag + Ag Cu 2+ Cu Zn 2+ Zn Pouvoir réducteur Croissant Propriété : Les couples redox sont placés dans une classification électrochimique par pouvoir oxydant croissant. Remarque : Les couples les plus oxydant sont disposés en haut et les couples les plus réducteurs sont disposés en bas de cette échelle. Objectif: L intérêt d une telle disposition est de pouvoir disposer graphiquement d une règle qui nous donnera les réactions possibles entre deux couples redox : C est la règle du Gamma Règle du Gamma γ Propriété : La règle du gamma permet de prévoir la réaction entre deux couples donnés. Une oxydoréduction se produit spontanément entre l oxydant le plus fort et le réducteur le plus fort de deux couples redox pour donner l oxydant le plus faible et le réducteur le plus faible. Remarque : Cette règle nous permet alors de pouvoir écrire sans à avoir à faire l expérience le résultat et donc les produits obtenus par la mise en commun de deux réactifs L oxydoréduction Cours 4-5

5 Exemple : Pour la réaction entre le cuivre et le zinc cette règle s écrit : Pouvoir oxydant On peut alors écrire et prévoir les réactions qui peuvent Croissant Ag + Ag se produire ou pas!!! Voir exercices Cu 2+ Cu Zn 2+ Zn Pouvoir réducteur Croissant L oxydoréduction Cours 5-5