LC05 : Oxydants et Réducteurs
Bibliographie
Niveau
Lycée
Prérequis
- Acide-Base
Manip
Introduction
Manip d’intro : On prend deux piles Daniell, on a des plaques de métal dans des solutions aqueuse, il ne se passe rien. Maintenant si je les connecte avec des fils et que je branche une LED, je vois que je peux allumer celle-ci avec. C’est en fait une pile, et il y a un courant qui passe. Un courant c’est une circulation d’électron. On va étudier au cours de cette leçon d’où viennent ces électrons et comment ils sont échangés en étudiant les réactions d’oxydo-réduction.
I. Réaction d’oxydoréduction
1) Espèces mises en jeu
Def : Oxydant (Cu2+, Zn2+, Fe2+, Li+, MnO4-)
Def : Réducteur (ex : Cu, Zn, Fe, Li, Mn2+)
Ce n’est pas anodin que l’on ait Fe dans une liste et Fe2+ dans l’autre. En effet qu’est-ce que c’est que Fe2+ ? C’est Fe à qui on a enlevé 2 électrons. Ces deux espèces peuvent se transformer l’une en l’autre en échangeant des électrons. Ils forment donc un couple oxydant-réducteur.
On définit une demi-équation d’oxydo-réduction comme l’équation d’échange d’électron qui lie ces deux espèces. Ex : Cu2+/Cu On appuie sur le fait qu’il faut bien équilibrer les charges.
Dans un sens c’est l’oxydation, dans l’autre c’est la réduction.
L’oxydo-réduction c’est ça, c’est une réaction durant laquelle il y a un échange d’électron.
2) Equation de la réaction
Une équation d’oxydo-réduction se déduit des deux demi-équation associés aux couples mis en jeu.
Comment écrire une équation bilan ? Point méthode sur diapo
Transition : Manip des tubes à essai
La réaction se fait dans un sens mais pas dans l’autre. On va étudier pourquoi.
II. Notion de potentiel
1) Potentiel standard
Si la réaction se fait dans un sens mais pas dans l’autre. Cela signifie qu’il y a un oxydant plus fort qu’un autre. On va donc introduire une grandeur qui nous permet de comparer la force oxydante ou réductrice d’un couple comme on a pu le faire avec le pKa pour les espèces acido-basique.
On introduit donc le potentiel standard, on le note E0, il s’exprime en Volt. Plus celui-ci est élevé, plus le pouvoir oxydant de cette espèce sera grand. Comme quand le pKa est grand plus l’espèce sera une bonne base.
On montre une échelle de potentiel standard.
Transition : En pratique, cela ne suffit pas pour avoir le sens de la réaction, il faut prendre en compte les conditions expérimentales, on va voir comment on peut le faire. On va voir une loi qui nous permet d’avoir le lien avec tout ça. Mais pour cela, il faut que l’on puisse caractériser le système où on trouve les oxydants et les réducteurs d’une même espèces.
2) Demi-pile
Une demi-pile c’est un électrolyte (une solution ionique qui est conductrice) et un métal conducteur. Elle contient les deux espèces d’un même couple soit sous forme ionique les deux soit le métal faisant partie du couple. On montre les deux demi-piles de la pile Daniell par exemple.
3) Loi de Nernst
On définit le potentiel comme étant tension entre une solution contenant les deux espèces du couple et une électrode à hydrogène, on explicite ce que c’est (Diapo). L’ESH est une demi-pile dont on a fixé le potentiel à 0V puisque c’est le potentiel entre lui-même, on la prend pour référence.
On donne la loi, on la vérifie expérimentalement.
Manip : Vérification de la loi de Nernst.
C’est cette loi qui vérifie l’évolution. En effet si on a deux demi-piles que l’on connecte ensemble, elles ont un potentiel différent, il va y avoir une réaction pour qu’à l’équilibre le potentiel de ces deux demi-pile soit le même. (On regarde les deux demi-pile de la pile Daniell).
III. Application à la pile
Une pile c’est l’association de deux demi-piles. On a le sens d’évolution avec la comparaison des potentiels de Nernst des deux demi-piles. Elle nous donne également la tension à vide ou force électromotrice.
On définit l’anode et la cathode : là où a lieu l’oxydation et là où a lieu la réduction.
Conclusion
On peut ouvrir sur la pile à lithium, si cette fois on lui amène de l’énergie électrique on peut forcer la réaction et ainsi recharger la “pile”.