Les réactions d'oxydoréduction
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| oxydoréduction en solution aqueuse |
I) Généralités sur l'oxydoréduction en solution aqueus
A- Définition
B- Titrage d'oxydoréduction
C- Les piles
D- Électrolyse
E- Quantité d'électricité
I) Généralités sur l'oxydoréduction en solution aqueus
A) Définitions
Oxydant et réducteur
- Un oxydant est une espèce chimique (atome, ion ou molécule) capable de capter au moins un électron.
- Un réducteur est une espèce chimique (atome, ion ou molécule) capable de céder au moins un électron.
- Une oxydation correspond à une perte d’électrons alors qu’une réduction correspond à un gain d’électrons.
Couple oxydant-réducteur
◉ Deux espèces Ox et Red sont dites conjuguées et forment un couple oxydant-réducteur si on peut passer de l’une à l’autre par transfert d’électrons .
Ox + n e – ↔️ Red
La demi-équation est une écriture formelle qui ne correspond pas à une réaction, mais qui traduit simplement la possibilité de passer d’une espèce à l’autre selon les conditions expérimentales.◉ La demi-équation d’oxydoréduction d’un couple oxydant-réducteur s’établit en suivant la démarche suivante :
2. Assurer, si nécessaire, la conservation des éléments autres que H et O.
3. Assurer la conservation de l’élément oxygène avec des molécules d’eau.
4. Assurer la conservation de l’élément hydrogène avec des protons.
5. Assurer la conservation de la charge avec des électrons.
Réactions d’oxydoréduction
Une réaction d’oxydoréduction, couramment appelée réaction rédox, est une réaction qui met en jeu un transfert d’électrons entre ses réactifs.
Ce transfert d’électrons se fait du réducteur Red 1 d’un couple Ox 1 / Red 1 à l’oxydant Ox 2 d’un autre couple Ox 2 / Red 2 :
a Red1 + b Ox2 ↔️ c Ox1 + d Red2
Pour établir cette équation, on réalise une combinaison des demiéquations d’oxydoréduction de ces deux couples de façon à ce que :
- le réducteur Red1 et l’oxydant Ox 2 soient les réactifs.
- les électrons transférés n’apparaissent pas dans ce bilan.
B)Titrage d’oxydoréduction
◉ Doser ou titrer une espèce chimique en solution, c’est déterminer sa concentration molaire dans la solution.
◉ La réaction d’oxydoréduction utilisée pour un titrage d’oxydoréduction doit être unique, totale et rapide.
◉ À l’équivalence, qui détermine la fin du titrage, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction de titrage.
Ainsi, lors du dosage du diiode par les ions thiosulfate d’équation :
Lors d’un dosage d’oxydoréduction, le repérage de l’équivalence se fait grâce à un changement de teinte de la solution : disparition de la teinte du réactif titré, persistance de la teinte du réactif titrant, virage d’un indicateur, …
C) Les piles
Constitution d’une pile
◉ Une plaque d’un métal M, appelée électrode, plongeant dans une solution contenant des cations M n +, oxydant conjugué de M, constitue une demi-pile.
◉ Un générateur électrochimique, appelé pile, est formé par deux demi-piles reliées par un pont salin. Le pont salin, ou jonction électrolytique, permet le passage du courant entre les deux demi-piles par déplacement d’ions.
Fonctionnement d’une pile
◉ Lorsque la pile appartient à un circuit électrique fermé, elle joue le rôle du générateur. Elle impose le passage d'un courant électrique dans ce circuit car il s’y produit un transfert spontané, mais indirect, d’électrons entre le réducteur d’une des demi-piles, ici le zinc, et l’oxydant de l’autre demi-pile, ici les ions Nickel (II).
Ni2+ (aq) + 2e– ↔️ Ni(s)
◉ Au pôle négatif, le réducteur de la demi-pile correspondante est oxydé :
Zn(s) ↔️ Zn2+ (aq) +2e–
Ni2+ (aq) + Zn(s) ↔️ Ni(s) + Zn2+ (aq)
⊝ Zn । Zn2+ ⋮ Ni2+ । Ni ⊕
F.é.m. d’une pile
E(🇳i – zn) =(V🇳u – Vzn)I≃ 0.
Elle se mesure à l’aide d’un voltmètre électronique et permet de déterminer la polarité de la pile.
D) Électrolyse
◉ Lorsqu’un générateur de tension continue impose un courant dans un système chimique, il peut imposer à ce système d’évoluer en sens inverse de son sens d’évolution spontanée.
Cette transformation forcée constitue une électrolyse.
◉ L’électrode à laquelle se produit l’oxydation est appelée anode ; l’électrode à laquelle se produit la réduction est appelée cathode.
Ces appellations sont aussi valables pour les piles.
◉ Lorsqu’on connaît le sens du courant dans une électrolyse, on peut envisager les différentes oxydations possibles à l’anode et les différentes réductions possibles à la cathode, sachant que le solvant et les électrodes peuvent participer à ces réactions.
C’est l’analyse des produits formés qui permet de déterminer les réactions qui se produisenteffectivement aux électrodes.
E) Quantité d’électricité
◉ La quantité d’électricité mise en jeu au cours du fonctionnement d’une cellule électrochimique, que ce soit une pile ou un électrolyseur, est égale à la valeur absolue de la charge totale des électrons échangés.
Une cellule électrochimique traversée par un courant d’intensité constante I pendant une durée Δt met en jeu une quantité d’électricité Q telle que :Q = I .Δt
◉ Les variations des quantités de matière des espèces mises en jeu dans la cellule électrochimique peuvent être reliées à la quantité d’électricité qui la traverse.
Il est intéressant de considérer la réaction qui se produit à la surface d’une électrode ou réaction électrochimique.
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