Exercices td réactivité chimique oxydoréduction pdf

Exercices td réactivité chimique oxydoréduction et alcootest

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Module C122/C222 : TD de Réactivité Chimique (MIP & BCG)

Série N°4 : Réactions d’oxydoréduction – Année universitaire 2020-2021 – Professeur MOHAMED CHELLOULI – Correction Série N°4

Exercice 1

- 1°) Calculer le nombre d’oxydation de l’élément soufre (S) dans les composés chimiques suivants : S8, S^2-, SO₂, H₂S, H₂SO₃, SO₄^2- et S₂O₈^2-.

RÉPONSE 1 : S₈ : Molécule monoatomique → 8x = 0 ⇒ x = 0 → do(S) = 0 S^2- : do(S) = -2 SO₂ : x + 2(-2) = 0 ⇒ x = +4 → do(S) = +4 H₂S : 2(+1) + x = 0 ⇒ x = -2 → do(S) = -2 H₂SO₃ : 2(+1) + x + 3(-2) = 0 ⇒ x = +4 → do(S) = +4 SO₄^2- : x + 4(-2) = -2 ⇒ x = +6 → do(S) = +6 S₂O₈^2- : 2x + 8(-2) = -2 ⇒ x = +7 → do(S) = +7

- 2°) Écrire et équilibrer les réactions suivantes (l’espèce qui réagit est en gras) :

Réaction de médiamutation : Fe³⁺/Fe²⁺ et Fe²⁺/Fe

Réaction de dismutation : H₂O₂/H₂O et O₂/H₂O₂ (milieu acide)

RÉPONSE : Fe³⁺ + e^- ⇄ Fe²⁺ Fe ⇄ Fe²⁺ + 2e^- Réaction globale : 2Fe³⁺ + Fe ⇄ 3Fe²⁺

H₂O₂ + 2H⁺ + 2e^- ⇄ 2H₂O

H₂O₂ ⇄ O₂ + 2H⁺ + 2e^-

Exercice 2

Étude d’une pile : Pb²⁺ + 2e^- ⇄ Pb

On réalise une pile en associant une demi-pile (A) de plomb à E_A = E_A^° + 0,06 log [Pb²⁺]² = -0,126 + 0,03 log 0,50 = -0,135 V et une demi-pile (B) ClO₃^-/Cl^-.

Potentiels normaux : E^°(Pb²⁺/Pb) = -0,126 V, E^°(ClO₃^-/Cl^-) = 1,450 V

Concentrations initiales : [Pb²⁺] = 0,50 mol.L^-1, [ClO₃^-] = 0,20 mol.L^-1, [Cl^-] = 0,18 mol.L^-1 à pH = 1.

- 1°) Calculer le potentiel de chaque électrode.

RÉPONSE 2 : E_B = 1,450 + 0,01 log (0,20 × 10^-1)⁶ / (0,18) = 1,390 V E_A = -0,135 V

- 2°) Indiquer l’anode, la cathode et donner les demi-réactions.

À la cathode (réduction) : ClO₃^- + 6H⁺ + 6e^- ⇄ Cl^- + 3H₂O

À l’anode (oxydation) : Pb ⇄ Pb²⁺ + 2e^-

Réaction globale : ClO₃^- + 6H⁺ + 3Pb ⇄ Cl^- + 3H₂O + 3Pb²⁺

- 3°) Calculer la fém de la pile.

fém = E_c – E_a = E₁ – E₂ = 1,390 – (-0,135) = 1,525 V

- 4°) Schéma complet de la pile.

Anode : Pb | Pb²⁺ (0,50 M) Cathode : Pt | ClO₃^- (0,20 M), Cl^- (0,18 M) // H⁺ (pH = 1) Pont salin : KCl

Symbole de la pile : Pb/Pb²⁺ // ClO₃^-, Cl^-/Pt

- 5°) Calculer la constante d’équilibre.

À l’équilibre, fém = 0 ⇒ E₁ = E₂ log K = 6 × 0,06 (E₁^° - E₂^°) / 0,06 = 157,6

K = 10^157,6 ≈ 10¹⁵⁸ ⇒ réaction quasi totale dans le sens 1.

Exercice 3

Les valeurs respectives des potentiels de référence des couples In³⁺/In⁺ et In⁺/In sont –0,443 V et –0,139 V. Quel est le potentiel de référence du couple In³⁺/In dans les mêmes conditions ?

RÉPONSE 3 : Couple In³⁺/In⁺ : In³⁺ + 2e^- ⇄ In⁺ Couple In⁺/In : In⁺ + e^- ⇄ In Couple In³⁺/In : In³⁺ + 3e^- ⇄ In

E₃^° = 2E₁^° + E₂^° = 2(-0,443) + (-0,139) = -0,342 V

Exercice 4

Le bronze du bourdon de Notre-Dame de Paris est un alliage de cuivre et d’étain dont le pourcentage massique en étain est de 24%. Un morceau de ce bronze de masse m = 20,0 g est traité par de l’acide chlorhydrique en large excès.

a) Écrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction entre le bronze et l’acide chlorhydrique.

RÉPONSE 4 : Sn + 2H₃O⁺ ⇄ Sn^{2+ + H₂ + 2H₂O}

b) Quel volume de dihydrogène peut-on espérer obtenir à la fin de la réaction ?

Données : V_m = 22,4 L.mol^-1, M(Sn) = 118,7 g.mol^-1

RÉPONSE 4 : 20 g de bronze contiennent 24% d’étain → 4,8 g d’étain n(Sn) = m / M = 4,8 / 118,7 = 0,04 mol V(H₂) = n(Sn) × V_m = 0,04 × 22,4 = 0,9 L

FAQ

1. Comment calculer le nombre d’oxydation d’un élément dans un composé ?

Le nombre d’oxydation se détermine en attribuant des valeurs selon les règles de priorité : l’hydrogène a généralement +1, l’oxygène -2, et en résolvant l’équation pour l’élément inconnu.

2. Qu’est-ce qu’une réaction de dismutation ?

Une réaction de dismutation est une oxydoréduction où un même élément est à la fois oxydé et réduit, comme dans H₂O₂ ⇄ H₂O + O₂.

3. Pourquoi la constante d’équilibre est-elle très grande dans une pile ?

Une constante d’équilibre très grande (K ≈ 10¹⁵⁸) indique que la réaction est quasi totale, car la différence de potentiels standard est élevée, favorisant le sens de la réaction.