Bilans de matière et réactions d'oxydoréduction

Exercice 1

Dans un tube à essai, on introduit de la limaille de fer et quelques millilitres d’une solution de chlorure d’étain (II), $(\ce{Sn^{2+} (aq) + 2 Cl^- (aq)})$. Après avoir attendu un certain temps, on ajoute quelques millilitres d’une solution d’hydroxyde de sodium (soude) ; il apparait alors un précipité vert d’hydroxyde de fer (II) $\ce{Fe(OH)2 (s)}$.

Les couples qui interviennent dans cette expérience sont : $\ce{Fe^{2+}/Fe (s)}$ et $\ce{Sn^{2+}/Sn (s)}$.

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Mise en équation des réactions d'oxydoréduction

Couples oxydant/réducteur)

Soit les demi-équations d’oxydoréduction suivantes :

  • $\ce{Co^{2+}(aq) + 2 e^- = Co (s) }$
  • $\ce{ S2O8^{2-} (aq) + 2 e^- = 2 SO4^{2-} (aq) }$
  • $\ce { 2 HBrO(aq) + 2 H+ (aq) + 4 e^- = 2 Br- (aq) + 2 H2O}$
  • $\ce{ 2 Hg^{2+} (aq) + 2 e^- = Hg_2^{2+} (aq) }$
  1. Repérer les oxydants et les réducteurs mis en jeu.

  2. On donne les équations des réactions suivantes : $$ \ce{ 2 HBrO(aq) + 2 H+ (aq) + 2 Co (s) –> 2 Br- (aq) + 2 H2O + 2 Co^{2+} (aq)} $$ $$ \ce{ S2O8^{2-} (aq) + Hg2^{2+} (aq) –> 2 SO4^{2-}(aq) + 2 Hg^{2+} (aq) } $$ Ce sont des réactions d’oxydoréduction. Justifier. Préciser quelles sont les espèces qui sont réduites et celles qui sont oxydées.

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Qu'est-ce qu'une réaction d'oxydoréduction en solution aqueuse ?

Données : tests de reconnaissance des ions métalliques

Métal Nom argent cuivre fer fer zinc plomb
Symbole Ag Cu Fe Fe Zn Pb
Cation métallique Symbole $\ce{Ag+}$ $\ce{Cu^{2+}}$ $\ce{Fe^{2+}}$ $\ce{Fe^{3+}}$ $\ce{Zn^{2+}}$ $\ce{Pb^{2+}}$
Couleur en solution incolore bleu vert pâle jaune clair incolore incolore
Réactif de reconnaissance $\ce{Cl-}$ $\ce{HO-}$ $\ce{HO-}$ $\ce{HO-}$ $\ce{HO-}$ $\ce{I-}$
Résultat du test de reconnaissance précipité blanc noircissant à la lumière précipité bleu précipité verdâtre précipité jaune précipité blanc qui disparaît si excès de réactif  précipité jaune vif

Réaction du fer en présence de sulfate de cuivre

Expérience 1

  • Introduire de la limaille de fer dans un tube à essais.
  • Ajouter une solution bleue de sulfate de cuivre (II), $\left(\ce{Cu^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
  • Observer.
  • Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
  • Observer.

Interprétation 1

  1. Interpréter les différentes observations.
  2. Écrire l’équation de la réaction chimique principale qui se déroule dans le tube à essais.
  3. Élément cuivre : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation de cet élément.
  4. Élément fer : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation de cet élément.
  5. Quelle particule a été transférée lors de cette réaction chimique ?

Expérience 2

  • Introduire de la tournure de cuivre dans un tube à essais.
  • Ajouter une solution de sulfate de fer (II), $\left(\ce{Fe^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
  • Observer.
  • Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
  • Observer.

Interprétation 2

  1. Que nous apprend cette manipulation ?

Réaction du zinc en présence de sulfate de cuivre

Expérience 3

  • Introduire de la poudre de zinc dans un tube à essais.
  • Ajouter une solution bleue de sulfate de cuivre (II) $\left(\ce{Cu^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
  • Observer.
  • Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
  • Observer.

Interprétation 3

  1. Interpréter les différentes observations.
  2. Écrire l’équation de la réaction chimique principale qui se déroule dans le tube à essais.
  3. Élément cuivre : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
  4. Élément Zinc : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
  5. Quelle particule a été transférée lors de cette réaction chimique ?

Expérience 4

  • Introduire de la tournure de cuivre dans un tube à essais.
  • Ajouter une solution de sulfate de zinc (II) $\left(\ce{Zn^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
  • Observer.
  • Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
  • Observer.

Interprétation 4

  1. Que nous apprend cette manipulation ?

Réaction du fer en présence de diiode

Expérience 5

  • Dans un tube à essai, verser environ $\pu{2 mL}$ d’une solution de diiode $\ce{I2 (aq)}$.
  • Ajouter environ $\pu{2 mL}$ d’une solution de cyclohexane.
  • Boucher, agiter puis laisser décanter.
  • Observer.

Interprétation 5

  1. Comment interpréter l’évolution des teintes ?

Expérience 6

  • Dans un tube à essai, verser environ $\pu{2 mL}$ d’une solution de diiode $\ce{I2 (aq)}$.
  • Ajouter une spatule de limaille de fer.
  • Boucher, agiter puis laisser décanter.
  • Observer.
  • Proposer un protocole permettant de vérifier : a) que le diiode $\ce{I2 (aq)}$ a été consommé ; b) qu’il s’est formé des ions fer (II) ou (III).

Interprétation 6

  1. Interpréter les différentes observations.
  2. Écrire l’équation de la réaction chimique principale qui se déroule dans le tube à essais.
  3. Élément fer : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
  4. Élément iode : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
  5. Quelle particule a été transférée lors de cette réaction chimique ?

Réaction de l’aluminium en présence de diiode

Expérience

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  • Déposer de la poudre d’aluminium dans un creuset.
  • Sous la hotte aspirante, ajouter du diiode solide pulvérisé.
  • Mélanger, puis ajouter quelques gouttes d’eau.
  • Observer.
  • Proposer un test permettant de déterminer quel ion métallique est apparu dans la solution.

Interprétation

  1. Le système chimique est le siège d’une réaction chimique. Écrire l’équation de cette réaction sachant qu’il s’est formé des ions iodures $\ce{I-(aq)}$.

    [Lire]

Les réactions d'oxydoréduction en solution aqueuse

Réaction d’oxydoréduction

Introduction

On introduit, dans un verre à pied contenant une solution de sulfate de cuivre $\ce{Cu^{2+}(aq) + SO4^{2-}(aq) }$, de la poudre de zinc $\ce{Zn(s)}$. On agite pendant quelques minutes, jusqu’à ce que la solution devienne incolore. On réalise la filtration du milieu afin de récupérer le filtrat et le solide.

Observations

  • On constate que la poudre de zinc est recouverte d’un solide rouge à l’éclat métallique.
  • Après avoir ajouté quelques gouttes d’une solution diluée d’hydroxyde de sodium $(\ce{Na+(aq) + HO-(aq)})$ dans le filtrat on constate la formation d’un précipité blanc (soluble dans un excès de solution d’hydroxyde de sodium).

Interprétation

  • La décoloration de la solution indique que les ions cuivre II, $\ce{Cu^{2+}(aq)}$, ont disparu.
  • Le solide rouge à l’éclat métallique déposé sur le zinc en poudre laisse penser que du cuivre métallique, $\ce{Cu (s)}$, s’est formé au cours de la transformation.
  • Le précipité blanc formé lors de l’ajout de soude pourrait être de l’hydroxyde de zinc $\ce{ Zn(OH)2 (s) }$ : $$\ce{ Zn^{2+}(aq) + 2 HO- (aq) –> Zn(OH)2 (s) }$$

À partir de l’interprétation de la manipulation, on peut déterminer que le zinc métallique, $\ce{Zn (s)}$, et les ions cuivre II, $\ce{Cu^{2+}(aq)}$, ont réagi et qu’il s’est formé du cuivre métallique, $\ce{Cu (s)}$, en compagnie d’ions zinc II, $\ce{Zn^{2+} (aq)}$. L’équation de la réaction chimique est donc : $$ \ce{ Zn (s) + Cu^{2+}(aq) –> Zn^{2+} (aq) + Cu (s)} $$

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Annale : Titrage indirect d'une eau de Javel

  • Lors d’un titrage direct, une entité, le titrant, située dans la burette, réagit directement avec le titré.
  • Lors d’un titrage indirect, on titre une espèce chimique après avoir réalisé une réaction chimique.

Charles Guillaume Scheele, pharmacien suédois, découvrit le dichlore au XVIIIème siècle. Ce gaz intervient dans la fabrication de l’eau de Javel ; celle-ci doit son nom à un ancien village qui est aujourd’hui un quartier de Paris. C’est à Javel que Claude Louis Berthollet, directeur à la manufacture des Gobelins, fabriqua ce produit décolorant et désinfectant et l’employa en 1785 au blanchiment des toiles textiles.

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