Une grande famille de réactions chimiques OXYDO-REDUCTION Une grande famille de réactions chimiques

Dans les programmes 1ère S : Piles salines, piles alcalines, piles à combustible. Accumulateurs. Polarité des électrodes, réactions aux électrodes. Oxydant, réducteur, couple oxydant/réducteur, réaction d’oxydo-réduction. Modèle par transfert d’électrons. 1ère STI-STL : Réactions d’oxydo-réduction et transferts d’électrons. Définir les termes suivants : oxydant, réducteur, oxydation, réduction, couple oxydant/réducteur. Écrire une réaction d’oxydoréduction, les couples oxydant/réducteur étant donnés.  Citer les principaux antiseptiques et désinfectants usuels et montrer expérimentalement le caractère oxydant d’un antiseptique.

la réaction entre le cuivre et les ions argent (dite « l’arbre de Diane ») Etat initial : On plonge un fil de cuivre Cu (s) dans une solution aqueuse de nitrate d’argent (Ag+ (aq) ; NO3- (aq)) Après quelques minutes, on observe : - l’apparition d’aiguilles métalliques à la surface immergée du cuivre : formation d’argent métal Ag (s) - un bleuissement progressif de la solution : formation d’ions cuivre Cu2+ (aq)

Interprétation Les atomes de cuivre ont perdu 2 électrons pour donner des ions cuivre II : Cu (s) Cu2+(aq) + 2 e – Les ions argent ont gagné 1 électron pour donner des atomes d’argent : Ag+(aq) + e - Ag (s) Le système chimique a donc été le siège d’une réaction dont l’équation s’écrit : Cu (s) + 2 Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2 Ag (s)

La réaction entre le fer et les ions cuivre Etat initial : On plonge de la paille de fer Fe (s) dans une solution aqueuse de sulfate de cuivre (Cu2+ (aq) ; SO42- (aq)) Après quelques minutes, on observe : - l’apparition d’un métal rouge à la surface immergée du fer : formation de cuivre métal Cu (s) - la solution bleutée devient verdâtre : formation d’ions fer Fe2+ (aq) Test d’identification des ions fer II : formation d’un précipité vert en présence d’ions hydroxyde HO -

Interprétation Les atomes de fer ont perdu 2 électrons pour donner des ions fer II : Fe (s) Fe2+ (aq) + 2 e – Les ions cuivre II ont gagné 2 électrons pour donner des atomes de cuivre : Cu2+ (aq) + 2e - Cu (s) Le système chimique a donc été le siège d’une réaction dont l’équation s’écrit : Fe (s) + Cu2+ (aq) Fe2+ (aq) + Cu (s)

Définitions a- Une réaction d’oxydoréduction est une réaction qui met en jeu un transfert d’électrons entre réactifs. b- Un oxydant est une espèce chimique susceptible de capter un ou plusieurs électrons. c- Un réducteur est une espèce chimique susceptible de céder un ou plusieurs électrons.

Définitions d- Un couple oxydant / réducteur se note Ox / Red ; il est constitué par l’association d’un oxydant et d’un réducteur conjugués. e- Ces espèces sont reliées par une demi équation d’oxydoréduction Ox + n e - = Red Cette demi équation traduit la possibilité de passer d’une espèce à l’autre selon les conditions expérimentales. Exemples : Cu2+ (aq) / Cu (s) Cu2+ (aq) + 2e - = Cu (s) Fe2+ (aq) / Fe (s) Fe2+ (aq) + 2 e - = Fe (s) Ag+ (aq) / Ag (s) Ag+ (aq) + e - = Ag (s)

Définitions Cu2+ (aq) + 2e - réduction Cu (s) f- Le passage de l’oxydant au réducteur est une réduction (gain d’électrons) ; on dit que l’oxydant est réduit. g- Le passage du réducteur à l’oxydant est une oxydation (perte d’électrons) ; on dit que le réducteur est oxydé. Cu2+ (aq) + 2e - réduction Cu (s) Cu (s) oxydation Cu2+ (aq) + 2e -

places dans la classification périodique De nombreux réducteurs sont des métaux ; les éléments métalliques se situent dans la partie gauche ou centrale de la classification périodique. Ils ont tendance à céder des électrons. I2 Cl2 Br2 F2 O2 sont des oxydants ; ils se situent dans la partie droite de la classification, avant les gaz nobles. Ils ont tendance à gagner des électrons.

classement des couples Dans l’exemple 1, les ions argent gagnent les électrons cédés par les atomes de cuivre. La réaction est spontanée. Par contre, l’expérience montre que les ions cuivre ne peuvent pas réagir avec les atomes d’argent. L’ion argent est donc un oxydant « plus fort » que l’ion cuivre.

classement des couples Dans l’exemple 2, les ions cuivre gagnent les électrons cédés par les atomes de fer. La réaction est spontanée. Par contre, l’expérience montre que les ions fer ne peuvent pas réagir avec les atomes de cuivre. L’ion cuivre est donc un oxydant « plus fort » que l’ion fer.

classement des couples Il existe donc une relation d’ordre entre les pouvoirs oxydants des oxydants, et une relation d’ordre entre les pouvoirs réducteurs des réducteurs. Plus fort est un oxydant, plus faible est son réducteur conjugué. Pv ox. croissant Pv réd. croissant Ag Ag+ Fe2+ Fe Cu2+ Cu

Classification électrochimique des couples Ox / Red Potentiels standard d’oxydoréduction à 25°C (E0)

Réaction d’oxydoréduction Une réaction d’oxydoréduction met toujours en jeu deux couples Ox1 / Red1 et Ox2 / Red2. Si la réaction spontanée a lieu entre Ox1 et Red2 son équation s’écrit en combinant les deux demi équations de façon à ne pas faire apparaître les électrons transférés. L’équation de cette réaction est du type : a Ox1 + b Red2 c Red1 + d Ox2 Où a, b, c et d sont des nombres stœchiométriques.

Prévoir à l’avance... La classification électrochimique des couples permet de prévoir la seule réaction spontanée qui peut se produire entre deux couples : l’oxydant le plus fort réagit avec le réducteur le plus fort. La « règle du gamma » permet de retrouver le sens de cette réaction spontanée : Pv ox. croissant Pv réd. croissant Red1 Ox1 Ox2 Red2

Méthode...importante ! L’écriture d’une demi équation pour un couple Ox / Red est parfois complexe ; on l’établit alors avec la méthode suivante... Exemple : MnO4 – (aq) / Mn 2+ (aq) Conservation du manganèse Conservation de l’oxygène Conservation de l’hydrogène Conservation des charges électriques

Applications : établir l’équation de la réaction qui se produit en milieu acide entre... L’ion argent et le métal plomb. Le diiode et le dioxyde de soufre. L’ion nitrate NO3- et le métal zinc. L’ion permanganate MnO4 – et l’ion fer II. L’ion dichromate Cr2O72- et l’éthanol C2H5OH.