Exercices td réactivité chimique oxydoréduction et alcootest
Télécharger PDFModule 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, S2-, SO2, H2S, H2SO3, SO42- et S2O82-.
RÉPONSE 1 : S8 : Molécule monoatomique → 8x = 0 ⇒ x = 0 → do(S) = 0 S2- : 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 SO42- : x + 4(-2) = -2 ⇒ x = +6 → do(S) = +6 S2O82- : 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 EA = EA° + 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 : EB = 1,450 + 0,01 log (0,20 × 10-1)6 / (0,18) = 1,390 V EA = -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 = Ec – Ea = 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 = 10157,6 ≈ 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+ ⇄ Sn2+ + H2 + 2H2O
b) Quel volume de dihydrogène peut-on espérer obtenir à la fin de la réaction ?
Données : Vm = 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) × Vm = 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.