couples oxydant / réducteur Premier objectif : définir un oxydant et un réducteur : Le cuivre est un métal très conducteur, de couleur rougeâtre, de symbole Cu, dont on fait les fils électriques. Prélevons quelques brins de cuivre dans une tresse entourant les câbles télé. Déposons ces brins dans un becher de 50 mL contenant 20 mL de solution de nitrate d’argent Ag+ , NO3- (1 mol/L) : Première situation expérimentale : Cu Ag+(aq) Dépôt d’Ag Cu2+(aq)

L’ion Ag+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de La transformation observée révèle la formation d’ions Cu2+, de couleur bleue et le dépôt d’une couche brillante d’argent Ag. Quelle est la réaction chimique qui peut a priori la modéliser ? Ag+(aq) + Cu  Ag + Cu 2+(aq) dont l’ajustement des nombres stœchiométriques pour satisfaire à la conservation des charges (en plus de celle des atomes) donne : 2 Ag+(aq) + Cu  2 Ag + Cu2+(aq) Au cours de la transformation, les atomes Cu ont perdu des électrons alors que les ions Ag+ en ont gagné. L’ion Ag+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de fixer un électron. L’atome Cu est ici qualifié de réducteur, car il est capable de céder des électrons.

Na+(aq) + HO+(aq) (0,1 mol/L) Deuxième situation expérimentale : Paille de fer Cu2+(aq) (0,3 mol/L) Dépôt de Cu Qu’est devenue la solution ? Na+(aq) + HO+(aq) (0,1 mol/L) Précipité de Fe(OH)2 Le précipité vert de Fe(OH)2 manifeste la formation d’ions Fe2+

L’ion Cu2+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de La transformation observée révèle le dépôt d’une couche rougeâtre de cuivre et la formation d’ions Fe2+, dont le précipité avec la solution de soude est caractéristique. Quelle est la réaction chimique qui peut a priori la modéliser ? Cu2+(aq) + Fe  Cu + Fe2+(aq) Au cours de la transformation, les atomes Fe ont perdu des électrons alors que les ions Cu2+ en ont gagné. L’ion Cu2+ est ici qualifié d’oxydant, car il est capable de fixer des électrons. L’atome Fe est ici qualifié de réducteur, car il est capable de céder des électrons.

Deuxième objectif : définir un couple oxydant/réducteur : Un couple oxydant/réducteur est l’ensemble d’une espèce oxydante (par exemple Cu2+) et de l’espèce réductrice (Cu) qui lui est associée par l’équation formelle : Cu2+ + 2 e- = Cu On note le couple oxydant/réducteur sous la forme Cu2+/Cu Citer les couples oxydant/réducteur rencontrés au cours des situations expérimentales : Cu2+/Cu ; Ag+/Ag ; Fe2+/Fe Troisième objectif : définir une réaction d’oxydo-réduction : Elle résulte de l’action de l’oxydant d’un couple sur le réducteur d’un autre couple : Cu2+(aq) + Fe  Cu + Fe2+(aq) 2 Ag+(aq) + Cu  2 Ag + Cu2+(aq)

Fe3+(aq) , 3Cl-(aq) (0,05 mol/L) Quatrième objectif : déterminer le caractère oxydant ou réducteur d’une espèce inconnue : Fe3+(aq) , 3Cl-(aq) (0,05 mol/L) Troisième situation expérimentale : Kaq+ , Iaq- (0,1 mol/L) ? chauffer Montrer que l’addition d’une solution de chlorure de fer(III) dans une solution de chlorure de potassium ne donne rien. Ceci permet d’exclure les ions K+ et Cl- des réactifs possibles. L’ion I- est donc l’un des réactifs, Fe3+ étant l’autre : I- est-il l’oxydant ou le réducteur ? Fe3+ est-il l’oxydant ou le réducteur ?

Agiter Décanter ? C6H12 Na+(aq) , HO-(aq) I2 L’extraction liquide-liquide par le cyclohexane montre la formation de diiode I2 L’action des ions HO- de la soude montre la formation des ions Fe2+ Écrire l’équation de la réaction traduisant la transformation étudiée : 2 Fe2+(aq) + 2 I-(aq)  I2(aq) + 2 Fe2+(aq)

L’ion Fe3+ se comporte ici comme un oxydant alors que l’ion iodure I- se comporte comme un réducteur. Nous avons mis en œuvre deux nouveaux couples : I2/I- et Fe3+/Fe2+. Remarquons que l’ion Fe2+ peut être réducteur, dans le couple Fe3+/Fe2+, ou oxydant, dans le couple Fe2+/Fe. Des couples beaucoup plus complexes existent, dont les formes oxydées et réduites n’apparaissent pas au premier abord comme liées par un échange d’électrons. Citons, par exemple, le couple MnO4-/Mn2+ dont l’équation formelle de transfert d’électrons entre forme oxydée et réduite n’est pas aussi simple que celle des couples déjà rencontrés. MnO4-(aq) + 8 H+(aq) + 5 e- = Mn2+(aq) + 4 H2O La solution d’ions MnO4- étant violette alors que les ions Mn2+ sont incolores, un titrage par suivi colorimétrique visuel est possible, comme nous le verrons dans le TP à venir.

Matériel, solutions et réactifs : Nitrate d’argent en solution à 1 mol/L Sulfate de cuivre en solution à 0,3 mol/L Soude en solution à 0,1 mol/L Chlorure de fer(III) à 0,05 mol/L Iodure de potassium en solution à 0,1 mol/L Chlorure de potassium en solution à 0,1 mol/L Cyclohexane (3 x 20 mL double extraction) Tresse de cuivre paille de fer Diiode en solution aqueuse Permanganate de potassium en solution acide Sel de Mohr en solution légèrement acide Ampoule à décanter Bechers de 50 mL Rétroprojecteur Bec Bunsen ou four à air chaud Tubes à essai