Chimie · 3ème TechThème 1 : L'oxydoréduction · Chapitre 3

Étude de quelques réactions d'oxydoréduction

Objectifs

À la fin de cette leçon, vous saurez :
• reconnaître une réaction d'oxydoréduction par voie sèche ;
• déterminer le nombre d'oxydation d'un élément dans une entité chimique ;
• définir l'oxydation et la réduction à l'aide du nombre d'oxydation ;
• équilibrer une équation d'oxydoréduction avec les nombres d'oxydation ;
• citer quelques applications : métallurgie, aluminothermie, corrosion.

Introduction : le feu d'artifice

Un feu d'artifice est produit par une poudre de solides très réactifs : nitrate de potassium KNO3, soufre S, carbone C…
Ici, pas de solution aqueuse, pas d'ions qui échangent visiblement des électrons. Ces réactions sont-elles quand même des réactions d'oxydoréduction ?

I. Des oxydoréductions par voie sèche

1. Le sodium brûle dans le dichlore

Animation

On introduit un petit morceau de sodium chauffé dans un flacon de dichlore : il brûle avec une flamme jaune vif et des fumées blanches de chlorure de sodium se déposent.

2 Na (sd) + Cl2 (g) 2 NaCl (sd)

Le chlorure de sodium est un solide ionique formé d'ions Na+ et Cl- :

Na (sd) Na+ + e-
Cl2 + 2 e- 2 Cl-

À retenir

Le sodium cède des électrons (réducteur), le dichlore les capte (oxydant) : c'est une oxydoréduction, réalisée sans eau. On parle de réaction par voie sèche.

2. Le magnésium brûle dans le dioxygène

Animation

Un ruban de magnésium enflammé brûle dans l'air avec une lumière blanche éblouissante. Il reste une poudre blanche d'oxyde de magnésium MgO, formé d'ions Mg2+ et O2-.

2 Mg (sd) + O2 (g) 2 MgO (sd)
Mg (sd) Mg2+ + 2 e-
O2 + 4 e- 2 O2-

Attention

Ne pas regarder directement la lumière du magnésium qui brûle.

À retenir

Le magnésium est oxydé, le dioxygène est réduit : c'est encore une oxydoréduction par voie sèche.

3. Et sans ions ?

Animation

Le dihydrogène brûle dans le dioxygène en donnant de l'eau :

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O

L'eau est formée de molécules, pas d'ions : aucun électron n'est passé entièrement d'un atome à l'autre. Les électrons de liaison sont seulement attirés davantage par l'oxygène, plus électronégatif que l'hydrogène.

Un nouvel outil

Pour reconnaître l'oxydoréduction dans ce cas, on a besoin d'un nouvel outil : le nombre d'oxydation.

II. Le nombre d'oxydation

1. Une charge fictive

Animation
Définition

Le nombre d'oxydation (n.o.) d'un élément dans une entité est la charge qu'aurait son atome si les électrons de chaque liaison étaient attribués entièrement à l'atome le plus électronégatif.

On l'écrit en chiffres romains, précédés de leur signe : + I, - II, + VI…
Exemple : dans H2O, l'oxygène, plus électronégatif, « prend » les électrons des deux liaisons : n.o.(O) = - II et n.o.(H) = + I.

2. Les règles de calcul

Animation

Cinq règles simples

RègleNombre d'oxydation
1. Dans un corps simple (Na, Fe, H2, O2, Cl2…)n.o. = 0
2. Dans un ion monoatomiquen.o. = charge de l'ion : Fe3+ : + III ; Cl- : - I
3. L'hydrogène, en général+ I (sauf dans les hydrures métalliques comme NaH : - I)
4. L'oxygène, en général- II (sauf dans les peroxydes comme H2O2 : - I)
5. La somme des n.o. de tous les atomeségale à la charge de l'entité : 0 pour une molécule, la charge pour un ion polyatomique

3. Exemples de calcul

Animation

On note x le n.o. cherché et on applique la règle 5 :

  • S dans SO2 : x + 2(- 2) = 0, donc x = + IV ;
  • S dans H2SO4 : 2(+ 1) + x + 4(- 2) = 0, donc x = + VI ;
  • N dans NH3 : x + 3(+ 1) = 0, donc x = - III ;
  • N dans NO3- : x + 3(- 2) = - 1, donc x = + V ;
  • Mn dans MnO4- : x + 4(- 2) = - 1, donc x = + VII ;
  • Cr dans Cr2O72- : 2x + 7(- 2) = - 2, donc x = + VI.
Remarque

Un même élément peut donc avoir des n.o. très différents selon l'entité.

III. Oxydation et réduction revisitées

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