LC 05 : Oxydants et réducteurs

Programme au lycée : Lien du PDF, p18, p39, p102,122,136,151,159,194,237

programme STL pour Nernt, les potentiels, … Lien du PDF

Intro

Manip : pile Daniell, regardez, on ne dirait pas mais c’est une pile ! J’allume une led avec. Aujourd’hui, on va essayer d’expliquer quel genre d’espèces chimiques sont à l’origine de ce phénomène et les réactions qu’il y a entre elles. Les piles comme vous le savez débitent un courant, donc effectuent un transfert d’électrons. Il va donc falloir chercher du côté des réactions qui mettent en jeu des transferts d’électrons, et ces réactions c’est ce qu’on appelle des réactions d’oxydo-réduction

I Réaction d’oxydoréduction (partie 1ere générale, p42 Bordas)

1) Espèces mises en jeu

On parle de transfert d’électrons, et c’est comme ça que l’on va caractériser les espèces. On va s’intéresser à des espèces qui échanent des électrons :

• Def red, ex : Cu, Zn, I-, Fe, Li
• Def Ox, ex : Cu2+, Zn2, I2, Fe2+, Li+, MnO4-

Ce n’est pas anodin qu’on ait par exemple Fe réducteur et Fe2+ oxydant : c’est quoi Fe2+? C’est Fe à qui on a enlevé 2 électrons, il a donc une charge +2. C’est ça l’oxydo-réduction, c’est la perte ou le gain d’électrons ! On définit une demie équation redox comme : Fe=Fe2+ + 2e-. Ici, l’oxydation de Fe . Réduction : autre sens.

Oxydation : demie équation qui va dans le sens de la perte d’électrons, réuction inverse. On parle de couple d’oxydoréduction. Vous voyez, on met un = et on parle de demie équation car ce n’est pas la réaction complète, l’e- ne se balade pas. Il faut un échange.

2) Equations de réaction d’oxydoréduction

Mise en commun de couples, exemple de Cu et Fe, avec point méthode.

Mais si on fait la manip en tubes à essai : réaction dans un sens et pas dans l’autre ! On oxyde le même à chaque fois…

II Notion de potentiel

1) Potentiel standard

Une oxydation a lieu et pas l’autre, c’est dire qu’un oxydant est plus fort que l’autre. On va définir une grandeur qui caractérise cette force : potentiel standard, un peu comme en AB avec lou pKa

Echelle de potentiel standard. Mais ça ne suffit pas pour prédire l’évolution spontannée d’un système qui met en jeu des couples redox. Il faut utiliser une loi qui nous donne ce sens : il faut définir une grandeur qui nous dit que fait un système qui contient des oxydants et des réducteurs. Donc d’abord, c’est quoi un système avec des oxydants et des réducteurs?

2) Demie pile

Une demie pile est une solution (électrolyte) dans laquelle plonge un métal conducteur, un couple rédox est présent, incluant ou non le métal. Exemple : Cu dans Cu2+. La le métal conducteur fait partie du couple. Mais il en existe pour qui le métal n’est pas dans le couple. On va utiliser les demies piles pour décrire l’évolution du système. Une demie pile est aussi appelée électrode !

3) Loi de Nernst

On définit le potentiel d’un système contenant les deux membres d’un couple comme la tension entre cette solution et l’ESH (diapo), demie pile fictive.

Il existe une loi qui donne cette tension en fonction des concentrations et potentiel standard : supposons une solution contenant les deux espèces d’un même couple, la loi dite de Nernst dit : En=…

Manip : vérification loi de Nernst

Et ça, ça done l’évolution : si on met deux demies piles en commun, et qu’elles n’ont pas le même En, il y aura réaction, jusqu’à ce que les potentiels s’égalisent !. Pour égaliser les potentiels, il faut qu’un potentiel augmente, que l’autre diminue. Donc on change les proportions d’ox/red différemment. Le montrer sur les demies piles Daniell, avec une diapo bien faite.

Mais ça c’est quoi? Deux demies piles, avec un sens d’évolution précis… C’est une pile !

III Application aux piles

Pile : deux demies piles avec un pont salin, qui permet d’échanger les ions (ferme le circuit).

La tension qu’on a aux bornes de la pile c’est quoi? La différence de potentiels de Nernst des deux demies piles, à laquelle on enlève des pertes.

Sens d’évolution : on nomme cathode là où on a réduction, anode là où on a oxydation, animation?

Conclusion et ouverture

Ici, la pile Daniell, qui met en jeu les espèces du Cu et Zn. Mais il faut noter que les réactions de combustion qui sont vues aussi en lycée sont des réaction d’oxydoréduction, et d’ailleurs cela constitue un enjeu technologique majeur, puisqu’on est en train d’essayer de faire des voitures à hydrogène, ie la pile en question fait intervenir des equations d’oxydoréduction entre H2 et O2, autrement nommé combustion du dihydrogène.

Autre ouverture possible : pile Li, Electrolyse, Seul sur Mars, Corrosion.

Diapos : Lien du PDF

pptx : slides.pptx

Protocole : Lien du PDF

Notes :