TP C8 : LA REACTION REDOX

TP C8 : LA REACTION REDOX

I/Réaction entre le métal zinc et une solution de sulfate de cuivre :

1/Expérience : livre 1- page 98

Une lame de zinc Zn est introduite pendant quelques minutes dans une solution de sulfate de cuivre CuSO₄ .

Q1)Faites le schéma de l'expérience .Qu'observez vous ?Un métal se dépose au fond du bécher : quel est-ce métal ?

Q2)Recensez les espèces présentes dans une solution de sulfate de cuivre CuSO₄ .

2/Résultat :

Q3)En utilisant la fiche 4 du livre , montrer expérimentalement, qu'en fin de transformation , la solution contient des ions Zn²⁺ . Décrivez le test réalisé et détaillez vos observations .

Interprétation :

Le métal Zn a été transformé en ions Zn²⁺ et les ions Cu²⁺ ont été transformés en métal Cu .

Un échange d'électrons s'est opéré au cours de la transformation .

Cu²⁺ + 2e^- ------> Cu

Zn -------> Zn²⁺ + 2e^-

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Cu²⁺ + Zn ---------> Cu + Zn²⁺

Nous dirons que Cu²⁺ est un oxydant : espèce qui capte des électrons .

Zn est un réducteur : espèce qui cède des électrons .

II/Réaction entre le cuivre et une solution de nitrate d'argent :

1/Expérience : livre 2- page 99

Un fil de cuivre Cu est introduit pendant quelques minutes dans une solution de nitrate d'argent AgNO₃ .

Q4)Faites le schéma de l'expérience .Qu'observez vous ?Décrivez l'expérience .

Q5)Recensez les espèces présentes dans une solution de nitrate d'argent .

2/Résultat :

Q6)Quel est le métal qui se dépose sur le fil de cuivre . Quelle est la teinte prise par la solution ? Expliquez .

3/Equation-bilan :

Q7)Ecrivez l'équation-bilan de la réaction .

Q8)Mettez en évidence l'échange électronique qui se produit au cours de la réaction .Parmi les réactifs , quel est l'oxydant , quel est le réducteur ?

III/Couple rédox :

1/Expérience :Livre - 3 page 100

On introduit pendant quelques minutes une lame de zinc dans une solution de nitrate de plomb PbNO₃ .

Q9)Observations

Q10)La solution contient-elle des ions Zn²⁺ à la fin de la transformation ?

2/Equation-bilan :

Q11)Dans cette expérience , les ions nitrates NO₃^- sont inertes . Ecrire l'équation-bilan de la réaction .

Une réaction d'oxydoréduction (réaction entre deux couples rédox) s'écrit de manière générale sous la forme :

Ox1 + Red2 -----------> Red1 + Ox2

Q12)Quels sont les couples (Ox1/red1) et (Ox2/red2) qui interviennent dans la réaction entre le zinc et les ions Pb²⁺ ?

Q13)Faire apparaître les couples rédox qui interviennent dans cette réaction .

3/Remarque importante :

Les électrons ne doivent jamais apparaître dans une équation-bilan d'oxydoréduction .

IV/Expériences complémentaires :

1)thiosulfate et diiode

Dans un verre à pied, verser environ 20 mL d'une solution de thiosulfate de sodium (2Na⁺ + S₂O₃^2-).

Ajouter quelques gouttes d'une solution de diiode I₂ .

Q14)Quelles sont vos observations ? Nommez les espèces réagissantes et les espèces formées .

Q15)Citez les couples rédox qui interviennent . Ecrivez les demi-équations électroniques et l'équation-bilan .

2)Attaque du cuivre par l'acide nitrique :HNO₃ .

L'expérience est réalisée sous la hotte .

Dans un verre à pied on introduit de la tournure de cuivre , sur laquelle on verse avec précaution de l'acide nitrique concentré . On observe la formation d'un gaz roux qui est toxique : le dioxyde d'azote NO₂ .

Q16)Pourquoi faut-il travailler avec des gants et sous la hotte ?

Q17)Les couples qui interviennent sont NO₃^-/NO et Cu²⁺/Cu . Ecrire les demi-équations électroniques relatives à ces deux couples (utiliser le tableau "potentiels normaux d'oxydoréduction").

Q18)En déduire l'équation-bilan de la réaction .

Correction

Q1)La lame de zinc se recouvre d'une sorte de poudre noire . Au bout d'un certain temps apparaissent par endroits quelques "taches" de teinte cuivrée .

Finalement du cuivre se détache de la lame de zinc et se dépose au fond du bécher .

Q2)CuSO₄ --eau ---> Cu _aq²⁺ + SO_4aq^2-

La solution contient essentiellement des ions Cu²⁺ hydratés (coloration bleue) et des ions sulfate hydratés .

La solution contient aussi des molécules H₂O , des ions H₃O⁺ et des ions OH^- espèces présentes dans toute solution aqueuse .

Q3)Si on ajoute de la soude (Na⁺ et OH^-) en fin de transformation , on voit apparaître un précipité blanc d'hydroxyde de zinc Zn(OH)₂ . L'observation de ce précipité est en fait perturbée par la présence d'ions Cu²⁺ qui n'ont pas réagi et qui avec les ions hydroxyde donnent un précipité bleu d'hydroxyde de cuivre II Cu(OH)₂bleu .

Q4)On observe un dépôt d'abord noir , puis argenté (arbre de diane) sur le fil de cuivre .

Q5)AgNO₃ ------eau------> Ag⁺_aq + NO^-_3,aq . La solution de nitrate d'argent contient des ions Ag⁺ et des ions nitrate NO₃^- hydratés .

Comme cela a déjà été écrit ci-dessus , il y a aussi H₃O⁺ , OH^- ( en quantité faible) et H₂O .

Q6)C'est de l'argent qui se dépose sur le cuivre . La solution devient bleue car le cuivre est oxydé en ions Cu²⁺ et ces ions sont hydratés dans la solution .

Q7)Cu + 2Ag⁺ -----> Cu²⁺ + 2Ag

Q8)La réaction précédente peut être considérée comme la somme de deux demi-équations électroniques :

Cu = Cu²⁺ + 2e^-

2Ag⁺ + 2e^- = 2 Ag

Ainsi , le cuivre (réducteur) est oxydé et les ions Ag⁺ (oxydant) sont réduits .

Q9)On observe un dépôt noir sur la lame de zinc .

Q10)La solution contient des ions Zn²⁺ à la fin de la transformation . Ils sont facilement mis en évidence avec de la soude NaOH (voir Q3 : on n'est pas gêné ici par le précipité d'hydroxyde de cuivre).

Q11) Pb²⁺ + Zn ------> Pb + Zn²⁺ (les ions sont hydratés) .

Q12) (Ox1/Red1) = (Pb²⁺/Pb) et (Ox2/Red2) = (Zn²⁺/Zn)

Q13) Nous avons bien ici une transformation du type Ox1 + Red 2 ------> Red1 + Ox2

Q14)La solution de diiode a une coloration brune . Lorsqu'on verse quelques gouttes de la solution de diiode dans la solution de thiosulfate , la coloration brune disparaît : le diiode réagit avec le thiosulfate pour donner des ions iodure I^- et des ions tétrathionate S₄O₆^2- .

Q15)Couples : (S₄O₆^2-/S₂O₃^2-) et (I₂/I^-)

I₂ + 2e^-= 2I^-

2S₂O₃^2- = S₄O₆^2- + 2e^-

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I₂ + 2S₂O₃^2- -------> 2I^- + S₄O₆^2-

Q16)Il faut travailler avec des gants car l'acide nitrique peut provoquer sur la peau des brulures graves surtout s'il est très concentré , ce qui est le cas ici .

L'expérience conduit à un dégagement de dioxyde d'azote NO₂ , un gaz particulièrement irritant pour les voies respiratoires , d'où la nécessité de travailler sous la hotte .

Q17) NO₃^- + 4H⁺ + 3e^-= NO + 2H₂O | x 2

Cu = Cu²⁺ + 2e^- | x 3

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Q18)

2 NO₃^- + 8 H⁺ + 3 Cu -----------> 3Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

Le monoxyde d'azote NO formé réagit avec le dioxygène de l'air pour donner du dioxyde d'azote NO₂.