Solution aqueuse. Chapitre : Réactions d’oxydo-réduction

PARTIE V : Transformations chimiques en solution aqueuse. CHAPITRE : Réactions d’oxydo-réduction. Notions et contenus Capacités exigibles (CE) Nombre  d’oxydation. Prévoir les nombres d’oxydation extrêmes d’un élément à partir de sa position dans le tableau périodique. Identifier l’oxydant et le réducteur d’un couple. Exemples usuels : nom, nature et formule des ions thiosulfate, permanganate, dichromate, hypochlorite, du peroxyde  d’hydrogène. Potentiel d’électrode, formule de Nernst, électrodes de référence. Décrire le fonctionnement d’une pile à partir d’une mesure de tension à vide ou à partir des potentiels d’électrodes. Déterminer la capacité d’une pile. Diagrammes  de  prédominance  ou  d’existence. Utiliser les diagrammes de prédominance ou d’existence pour prévoir les espèces incompatibles ou prévoir qualitativement ou quantitativement le caractère thermodynamiquement favorisé ou défavorisé d’une  réaction  d’oxydo-réduction. Aspect thermodynamique. Prévoir quantitativement le caractère thermodynamiquement favorisé ou défavorisé d’une  réaction  d’oxydo-réduction. Dismutation et médiamutation. L’oxydo-réduction en coiffure : L’oxydo-réduction et alimentation : Oxydo-réduction et métabolisme : Etude aérobiomécanique d'un cycliste soumis à des tests de pédalage. Son corps est alors le siège de modifications métaboliques importantes, en particulier de réactions d'oxydoréduction. Vidéo n°1 : Une réaction d’oxydo-réduction oscillante : https://www.youtube.com/watch?v=f588TjrGu7M L’oxydo-réduction et les hauts fourneaux : Depuis des siècles, la production de fonte brute dans des hauts-fourneaux joue un rôle économique primordial. Est également fondamental, le processus en haut-fourneau dans lequel du minerai de fer (oxydes de fer, d'autres métaux et de Si) est converti en fonte brute ; il s'agit d'un phénomène d’oxydo-réduction. Coulée de fonte en bas du haut-fourneau I- Un petit lexique sur l’oxydo-réduction. Document 1 : Document 2 : Document 3 : Document 4 : Un couple rédox est l’association d’un réducteur et de son oxydant conjugué liés par un échange d’électrons symbolisé par une demi-équation rédox : Ox + n e- ⇄ Red On parle de forme réduite et de forme oxydée du couple : Ox / Red Exemples: Cu2+(aq) + 2 e- = Cu (s) ; l’ion Cu2+ est un oxydant et le métal Cu est le réducteur. Document 5 : Équilibrer une demi-équation d’oxydo-réduction en milieu acide Vidéo n°2 : https://www.youtube.com/watch?v=Pa2piqDMAHs Méthode : Document 6 : Équilibrer une demi-équation d’oxydo-réduction en milieu basique Vidéo n°3 : https://www.youtube.com/watch?v=rNTKztDdGrM Méthode : Travail à faire : 1- Donner trois façons de définir les mots oxydation et réduction. (Documents 1, 2 3 et document sur les hauts fourneaux) Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2- Définir les mots oxydant et réducteur en solution aqueuse. (Documents 1, 2) Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3-Donner des exemples de couples rédox en vous appuyant sur les documents précédents. (Documents 1, 2 3 et document sur les hauts fourneaux) Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… 4- On donne les couples rédox : MnO4- / Mn2+ ; S2O32- / S ; Cr2O72- / Cr3+ ; ClO- / Cl- ; H2O2 / H2O ; O2 / H2O2 et MnO4- / MnO2. Nommer les oxydants et réducteurs appartenant à ces couples. Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5- Équilibrer les demi-équations rédox associées aux couples rédox suivants en milieu acide ou neutre : MnO4- / Mn2+ ; S2O32- / S ; Cr2O72- / Cr3+ ; ClO- / Cl- ; H2O2 / H2O ; O2 / H2O2. Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6- Équilibrer la demi-équation rédox associée au couple rédox suivant en milieu basique : MnO4- / MnO2. Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… II- Nombre d’oxydation. Vidéo n°4 sur les nombres d’oxydation : https://www.youtube.com/watch?v=EfsS8X3Tpak Document 1 : une première approche de la notion de nombre d’oxydation. Il sert à caractériser l’état d’oxydation d’un élément dans une espèce chimique ; il est écrit en chiffres romains, il est noté : NO(X). Pour un ion monoatomique : le n.o. de l’élément est égal à la charge algébrique de l’ion. Exemples: Fe2+: n.o(Fe) = + II Cl-: n.o(Cl) = - I Pour une molécule ou un ion polyatomique : le n.o. d’un élément dans une molécule ou un ion polyatomique est la charge fictive que porteraient ses atomes après rupture de toutes les liaisons covalentes : - les doublets des liaisons hétéroatomiques étant attribués à l’atome le plus électronégatif, - les électrons des liaisons homoatomiques se répartissant en nombre égal sur chaque atome. Document 2 : Quelques règles simplifiées de calculs. Pour un corps simple : le n.o. de l’élément est égal à 0 (exemples : O2, F2). Pour une molécule : la somme des n.o. des éléments constitutifs est nulle. Pour un ion : la somme des n.o. des éléments constitutifs est égale à la charge de l’ion.  Pour la molécule d’un corps composé ou pour un ion polyatomique le n.o. attribué à l’élément O est – II et celui attribué à l’élément H est + I si ces éléments sont présents ; attention, il y a des exceptions (cas d’espèces contenant l’élément F, cas d’espèces contenant la liaison covalente O – O) On retient : La somme des nombres d’oxydation de tous les atomes de l’édifice chimique est égale à la charge globale de cet édifice chimique. Remarques : Le nombre d’oxydation maximal d’un élément « représentatif » du tableau périodique (colonnes 1, 2, 13 à 18) ne peut être supérieur au nombre d’électrons de la couche externe. Il peut arriver, lorsqu’il y a plusieurs atomes du même élément dans un composé, que le calcul conduise à un nombre d’oxydation fractionnaire. On est alors amené à considérer que tous les atomes de l’élément considéré ne sont pas au même nombre d’oxydation. Document 3 : Cas particuliers pour H et O. Nombres d’oxydation de l’élément hydrogène Cas général : n.o.(H) = + I Cas des hydrures: NaH (Na+ + H-), CaH2 (Ca2+ + 2 H-) : n.o.(H) = - I - I 0 + I n.o. hydrures H2 majorité des composés (NaH, CaH2…) (HX, H2O …) Nombres d’oxydation de l’élément oxygène Cas général : n.o.(O) = - II Cas des peroxydes : Na2O2, BaO2, H2O2 (peroxyde d’hydrogène) : n.o.(O) = - I - II - I 0 n.o. composés usuels peroxydes O2 (H2O, OH-, oxydes…) (H2O2, Na2O2…) O3 Document 4 : Utilisation et interprétation de la valeur du no. L’oxydation d’un élément correspond à une augmentation de son n.o. La réduction d’un élément correspond à une diminution de son n.o. La variation du n.o. d’un élément chimique dans deux espèces est égal au nombre d’électrons qui interviennent dans l’écriture de la demi-équation électronique du couple rédox formé par les deux espèces. On peut classer des composés contenant tous le même élément chimique suivant le nombre d’oxydation de cet élément. Travail à faire : 1- Exploitation du document 1 : Pour chaque entité, donner son schémas de Lewis et déterminer la valeur du no de chaque atome constitutif. H2O ; HCl ; SO2 ; MnO4- ; S2O32- (un atome de soufre est central, tous les autres atomes lui sont liés), CO2 Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2- Exploitation des documents 2 et 3 : Calculer la valeur du no des atomes combinés aux atomes d’oxygène dans les entités suivantes : MnO4- ; Cr2O72- ; ClO- ; H2O2. Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3- Exploitation des documents 2 et 3 : Calculer les no des atomes dans les entités suivantes : I3- ; O3 et S2O32- (atome de soufre). Commenter. Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4- Exploitation du document 4 : Soit le couple rédox Fe2+ / Fe, écrire la demi-équation d’oxydation des atomes de fer en ion fer II, Illustrer les items 1 et 3 de ce document. Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5- Exploitation du document 4 : Soit le couple rédox MnO4- / Mn2+, écrire la demi-équation de réduction des ions permanganate en ions manganèse II, illustrer les items 2 et 3 de ce document. Acquis En cours d’acquisition Non acquis Non réalisé

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