Solution des exercices : Notion de couples oxydant/réducteur

1. Définitions des termes : oxydant, réducteur et réaction d'oxydoréduction

Un oxydant est une espèce chimique susceptible de capter au moins un électron

Un réducteur est une espèce chimique susceptible de céder au moins un électron.

Une réaction d'oxydoréduction met en jeu un transfert d'électrons entre deux couples oxydant /réducteur. 

Le réducteur d'un couple oxydant /réducteur cède des électrons à l'oxydant d'un autre couple oxydant / réducteur

2. Demi-équation électronique relative aux couples redox : $Pb^{2+}/Pb-Au^{3+}/Au$

3. Dans la réaction spontanée d'oxydoréduction entre la solution de nitrate d'argent et le cuivre :

a. L'argent est l'oxydant

b. Le cuivre est le réducteur

c. Le cuivre est l'espèce chimique qui s'oxyde

d. L'argent est l'espèce chimique qui est réduite.

e. Les couples redox intervenant dans la réaction sont ; $Cu^{2+}/Cu$ et $Ag^{+}/Ag$

1. Les deux écritures qui symbolisent les transformations subies par les ions cadmium $Cd^{2+}$ et l'argent $Ag$

$Pb\longrightarrow Pb^{2+}+2e$

$Au^{3+}+3e\longrightarrow Au$

3. Dans la réaction spontanée d'oxydoréduction entre la solution de nitrate d'argent et le cuivre :

a. L'argent est l'oxydant

b. Le cuivre est le réducteur

c. Le cuivre est l'espèce chimique qui s'oxyde

d. L'argent est l'espèce chimique qui est réduite.

e. Les couples redox intervenant dans la réaction sont ; $Cu^{2+}/Cu$ et $Ag^{+}/Ag$

1. Les deux écritures qui symbolisent les transformations subies par les ions cadmium $Cd^{2+}$ et l'argent $Ag$

$Cd^{2+}+2e\longrightarrow Cd$

$Ag\longrightarrow Ag^{+}+e$

2. Déduction de l'équation bilan de la réaction d'oxydoréduction.

$\begin{array}{rcl} Cd^{2+}+2e\longrightarrow Cd\\&\Rightarrow& Cd+2Ag^{+}\\ 2\left(Ag\longrightarrow Ag^{+}+e\right) \end{array}$

3. L'ion cadmium $Cd^{2+}$ est l'entité qui joue le rôle d'oxydant et l'argent joue le rôle de réducteur.

4. L'argent est l'entité qui subit l'oxydation et l'ion cadnuim subit la réduction

On donne l'équation suivante:

$Au^{3+}+Al\longrightarrow Al^{3+}+Au$

1. Le nom de l'élément dont le symbole est Au  est l'or

2. Les deux couples rédox mis en jeu dans cette réaction d'oxydoréduction sont :

$Au^{3+}\left|Au\text{ et }Al^{3+}\right|Al$

3. Les demi-équations d'oxydoréduction correspondant à ces couple

$Au^{3+}+3e\longrightarrow Au$

$Al\longrightarrow Al^{3+}+3e$

1. Le nom de ce dépôt rouge est le cuivre

2. La coloration bleue a disparu parce que les ions $Cu^{2+}$, caractérisés par la coloration bleue, ont été consommés

3. L'ion $Fe^{2+}$ est identifié

4. Écriture de la réaction pour l'élément fer.

5. Écriture de la réaction chimique traduisant l'oxydo-réduction

$Fe+Cu^{2+}\longrightarrow Fe^{2+}+Cu$

6. Au cours de cette réaction,

$-\ $l'élément fer qui est oxydé

$-\ $l'élément cuivre qui est réduit

1 a. La couleur du dépôt formé est rouge

b. Son nom est le cuivre

c. Demi-équation électronique de la réaction correspondante.

2.a. La couleur du précipité formé est verte

b. Son nom est l'ion fer $II$

c. Sa formule est $Fe^{2+}$

d. Il met en évidence ions fer $II\left(Fe^{2+}\right)$

e. Demi-équation électronique de la réaction correspondante.

$Fe\longrightarrow Fe^{2+}+2e$

3- Équation-bilan de la réaction d'oxydoréduction.

1. Le nom de la réaction chimique est la réaction d'oxydoréduction

2. Les deux demi-équations

$Fe^{2+}+2e\longrightarrow Fe$ : réduction

$Zn\longrightarrow Zn^{2+}+2e$ : oxydation

Équation bilan.

$Fe^{2+}+Zn\longrightarrow Fe+Zn^{2+}$

La pièce en zinc est transformée en ions $Zn^{2+}$

Il faut faire régulièrement procéder à un dépôt des pièces de zinc sur coques de navires

1. La couleur de la solution initiale était bleue

2. Le dépôt métallique rouge correspond au cuivre métal

3. On peut vérifier chimiquement qu'il s'est formé des ions $Fe^{2+}$  au cours de la réaction par l'action de l'hydroxyde de sodium qui forme un précipité vert avec les ions $Fe^{2+}$

4- Demi-équations électroniques intervenant

$Fe\longrightarrow Fe^{2+}+2e$

$Cu^{2+}\longrightarrow Cu+2e$

Équation-bilan de la réaction.

$Fe+Cu^{2+}\longrightarrow Fe^{2+}+Cu$

5. $Cu^{2+}$ est l'oxydant dans cette réaction $Fe$ est réducteur

Le fer est l'espèce qui subit une réduction

L'ion est celle qui subit une oxydation

1. Équation bilan de la réaction

$\begin{array}{rcl} Hg^{2+}+2e\longrightarrow Hg\\&\Rightarrow& Hg^{2+}+Fe\longrightarrow Hg+Fe^{2+}\\ Fe\longrightarrow Fe^{2+}+2e \end{array}$

a. L'ion mercuriques $\left(Hg^{2+}\right)$ est l'oxydant et le fer $Fe$ est le réducteur

b – Les couples redox mis en jeux sont : $Hg^{2+}/Hg$ et $Fe^{2+}/Fe$

c. Calcul de la masse d'ion $Hg^{2+}$ contenus $10\,g$ d'eau.

$\begin{array}{rcl} m_{Hg^{2+}}&=&6\cdot 10^{-4}\% M_{\text{eau}}\\&=&\dfrac{6\cdot 10^{-4}\times 10}{100}\\&\Rightarrow& m_{Hg^{2+}}\\&=&6\cdot 10^{-5}\,g \end{array}$

d. Calcul de la masse de fer nécessaire pour traiter une tonne de cette eau résiduelle.

D'après le bilan molaire:

$\begin{array}{rcl} n_{Fe}&=&n_{Hg^{2+}}\\&\Rightarrow&\dfrac{m_{Fe}}{M_{Fe}}\\&=&\dfrac{m_{Hg^{2+}}}{M_{Hg^{2+}}}\\&\Rightarrow& m_{Fe}\\&=&\dfrac{m_{Hg^{2+}}\times M_{Fe}}{M_{Hg^{2+}}}\\&=&\dfrac{6\cdot 10^{-5}\times 10^{6}\times 56}{200\times 10}\\&\Rightarrow&m_{Fe}\\&=&1.68\,g \end{array}$