Les réactions d'oxydoréduction
Objectifs
À la fin de cette leçon, vous saurez :
• interpréter l'action d'un acide sur un métal et celle d'un cation métallique sur un métal par un transfert d'électrons ;
• définir un oxydant, un réducteur et une réaction d'oxydoréduction ;
• distinguer l'oxydation de la réduction ;
• définir un couple redox et écrire son équation formelle ;
• écrire l'équation d'une réaction d'oxydoréduction.
Introduction : la photo argentique
Dans un appareil photo classique, la pellicule contient des ions argent Ag+. Là où la lumière frappe, ces ions se transforment en atomes d'argent : c'est ainsi que naît l'image latente, le négatif.
Que se passe-t-il au juste quand un ion devient un atome, ou un atome devient un ion ?
I. Les métaux et leurs ions
Un métal est un corps simple : il ne contient qu'un seul élément. Il conduit bien le courant et la chaleur, et il réfléchit la lumière : c'est son éclat métallique.
On le représente par le symbole de son élément : le fer s'écrit Fe.
Au cours d'une réaction, un atome métallique peut céder des électrons et devenir un ion positif, un cation :
Quelques métaux et leurs cations
| Métal | Cation(s) |
|---|---|
| cuivre Cu | Cu+, Cu2+ |
| fer Fe | Fe2+, Fe3+ |
| zinc Zn | Zn2+ |
| plomb Pb | Pb2+ |
| nickel Ni | Ni2+ |
| calcium Ca | Ca2+ |
| magnésium Mg | Mg2+ |
| argent Ag | Ag+ |
| sodium Na | Na+ |
| potassium K | K+ |
| aluminium Al | Al3+ |
| or Au | Au3+ |
Dans le tableau périodique, les métaux sont à gauche (sauf l'hydrogène) ; les non-métaux sont à droite (sauf les gaz rares).
II. L'action d'un acide sur un métal
1. L'acide chlorhydrique attaque le fer
On verse 2 mL d'acide chlorhydrique dilué (0,1 mol.L-1) sur de la limaille de fer.
Observations
- Des bulles de gaz se forment sur le fer. Ce gaz, incolore et inodore, brûle avec une petite détonation au contact d'une flamme : c'est le dihydrogène H2.
- Le pH de la solution augmente un peu : des ions H3O+ ont été consommés.
- Après filtration, la soude donne un précipité vert d'hydroxyde de fer (II) Fe(OH)2 : il s'est formé des ions Fe2+.
Les ions Fe2+ viennent du fer, et le dihydrogène vient des ions H3O+. L'équation est :
Les charges positives sont portées par les noyaux, qui ne changent pas pendant une réaction : ce sont donc des électrons qui sont passés du fer aux ions hydronium.
- chaque atome de fer cède 2 électrons :Fe (sd) Fe2+ + 2 e-
- les ions hydronium captent ces électrons :2 H3O+ + 2 e- H2 (g) + 2 H2O
Ces demi-équations sont des écritures commodes : les électrons n'existent pas libres en solution. On les additionne pour que les électrons disparaissent, et on retrouve l'équation bilan.
Les ions chlorure Cl- ne participent pas : ce sont des ions spectateurs.
2. L'acide sulfurique attaque le zinc
Avec de la grenaille de zinc et de l'acide sulfurique dilué, du dihydrogène se dégage, le pH augmente un peu, et la soude donne un précipité blanc gélatineux d'hydroxyde de zinc Zn(OH)2 : il s'est formé des ions Zn2+.
Le zinc, qui cède des électrons, est un réducteur ; l'ion hydronium, qui les capte, est un oxydant.
III. L'action d'un cation métallique sur un métal
1. Les ions cuivre (II) et le fer
On fait passer lentement une solution bleue de sulfate de cuivre (II) à travers de la limaille de fer.
Observations
- Un dépôt rouge de cuivre apparaît sur le fer et la solution recueillie est presque incolore : les ions Cu2+ ont disparu.
- Avec la soude, elle donne un précipité vert : il s'est formé des ions Fe2+.
Le fer cède des électrons : c'est le réducteur. L'ion Cu2+ les capte : c'est l'oxydant.
On obtient le même résultat en plongeant simplement une lame de fer dans la solution.
2. Les ions argent et le cuivre
On plonge un fil de cuivre bien décapé dans une solution de nitrate d'argent (0,1 mol.L-1).
Observations
- Le fil se couvre d'un dépôt gris noirâtre d'argent ;
- la solution, incolore au départ, devient bleue : il se forme des ions Cu2+.
Un atome de cuivre cède 2 électrons, mais un ion Ag+ n'en capte qu'un : on multiplie donc la seconde demi-équation par 2.
Le cuivre est le réducteur, l'ion argent est l'oxydant.
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