oxydo-réduction [Physique Chime en première]

Suivi et modélisation de l'évolution d'un système chimique, exemple de l'oxydo-réduction

Savoirs

Transformation modélisée par une réaction d'oxydo-réduction : oxydant, réducteur, couple oxydant-réducteur, demi-équation électronique.

Savoir-faire

À partir de données expérimentales, identifier le transfert d'électrons entre deux réactifs et le modéliser par des demi-équations électroniques et par une réaction d'oxydo-réduction. Établir une équation de la réaction entre un oxydant et un réducteur, les couples oxydant-réducteur étant donnés. Mettre en œuvre des transformations modélisées par des réactions d'oxydo-réduction.

Qu'est ce qu'une réaction d'oxydo réduction ?

Vocabulaire

Une réaction d'oxydo-réduction^[1] est un transfert d'électrons entre deux couples oxydant^[2]-réducteur^[3]. Elle s'accompagne de deux réactions simultanées , une oxydation^[4] et une réduction^[5].

Pour modéliser un réaction d'oxydo-réduction, il faut :

Connaître les deux couples oxydant/réducteur^[6] mis en jeux
Savoir écrire la demi-équation électronique pour chaque couple
Disposer d'un descriptif ou d'un visuel de la réaction permettant par le raisonnement de déterminer quel est l'oxydant et quel est le réducteur (produits / réactifs).
Savoir ensuite écrire l'équation bilan illustrant la réaction , les électrons n'existent pas en solution, il faut pouvoir additionner les deux demi-équations sans que des électrons apparaissent dans le bilan.

Illustration par l'exemple

La pile Cuivre Zinc

C'est l'exemple le plus classique , les couples mis en jeux sont :

pour l'élément cuivre : Cu²⁺/Cu et pour l'élément zinc Zn²⁺ / Zn

Une observation détaillée de ce montage permet d'observer que :

L'ampèremètre indique une valeur négative, donc le courant entre par la borne COM, on en déduit que des électrons arrivent sur la lame de cuivre et quittent la lame de zinc.
La solution contenant la lame de cuivre contient également des ions cuivre Cu²⁺.
La solution contenant la lame de zinc contient également des ions zinc Zn ²⁺.
En temps réel, on verrait un dépôt de cuivre se former sur la lame de cuivre
On verrait également la lame de zinc se "décomposer" petit à petit.

On déroule ensuite son savoir :

Pour le couple Cu²⁺/Cu, la demi-équation est Cu²⁺ + 2e^- = Cu

Pour le couple Zn²⁺ / Zn, la demi-équation électronique est Zn²⁺ + 2e^- = Zn

D'après les observations, au niveau de la lame de cuivre, il se forme du cuivre donc on passe de Cu²⁺ à Cu. , on connaît donc le sens de la réaction Cu²⁺ + 2e^- -> Cu, on parle ici d'une réduction^[5].

Donc dans l'autre couple, il doit y avoir oxydation^[4], Zn -> Zn²⁺ + 2 e^- , comme le confirme l'affirmation il y a décomposition de la lame de cuivre .

On en déduit :

$\begin{matrix} {Cu}^{2 +} + 2 e^{-} = Cu \\ Zn = {Zn}^{2 +} + 2 e^{-} \\ \frac{}{} \\ {Cu}^{2 +} + Zn \to {Zn}^{2 +} + Cu \end{matrix}$

Méthode : Penser aux électrons ! ! S'il y à échange, il y a conservation ! ! !

Attention ici , une fois que l'on à mis les 1/2 équations dans le "bon sens", on peut se contenter de les additionner car les électrons vont se "simplifier" naturellement (même nombre à gauche et à droite .

Complément : Une autre pile

Dans la cas de la pile cuivre et argent , l'ion argent est réduit en argent métal, et le cuivre métal est oxydé en ion cuivre.

Ce qui donne : $\begin{matrix} Cu = {Cu}^{2 +} + 2 e^{-} \\ {Ag}^{+} + e^{-} = Ag \\ \frac{}{} \\ 2 {Ag}^{+} + Cu \to {Cu}^{2 +} + 2 Ag \end{matrix}$

Noter ici qu'on a du équilibrer de façon à avoir le même nombre d'électrons à gauche et à droite .