Chimie · Paramédical (ISPITS) — Sage-femme

Oxydoréduction et piles électrochimiques

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Oxydoréduction : Réaction caractérisée par un transfert d'électrons entre un oxydant ( $Ox_1$ ) et un réducteur ( $Red_2$ ).
Demi-équations : $Ox_1 + n_1 e^- \rightleftharpoons Red_1$ et $Red_2 \rightleftharpoons Ox_2 + n_2 e^-$ .
Équation bilan : $n_2 Ox_1 + n_1 Red_2 \rightarrow n_2 Red_1 + n_1 Ox_2$ .
Pile Daniell : Constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.
Polarité : L'anode (pôle -) est le siège de l'oxydation. La cathode (pôle +) est le siège de la réduction.
Force électromotrice ( $E$ ) : $E = V_{cathode} - V_{anode} > 0$ .

Méthodes à maîtriser

Équilibrer une demi-équation en milieu acide.
Schématiser une pile avec la notation conventionnelle : $(-)\; M_1 | M_1^{n+} || M_2^{p+} | M_2 \;(+)$ .
Calculer la quantité d'électricité $Q = I \cdot \Delta t = n(e^-) \cdot F$ (avec $F = 96500 \, C \cdot mol^{-1}$ ).

Exemples corrigés

Couple $Cu^{2+}/Cu$ et $Zn^{2+}/Zn$ :
- Anode : $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$
- Cathode : $Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$
- Bilan : $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$ .

Erreurs fréquentes

Oublier que le courant circule de la borne (+) vers la borne (-) à l'extérieur de la pile.
Inverser le sens de l'oxydation et de la réduction.
Confondre la charge de l'électrode avec la nature de la réaction (Anode = Oxydation).

L'essentiel du cours

Oxydoréduction : Réaction caractérisée par un transfert d'électrons entre un oxydant ($Ox_1$) et un réducteur ($Red_2$).
Demi-équations : $Ox_1 + n_1 e^- \rightleftharpoons Red_1$ et $Red_2 \rightleftharpoons Ox_2 + n_2 e^-$.
Équation bilan : $n_2 Ox_1 + n_1 Red_2 \rightarrow n_2 Red_1 + n_1 Ox_2$.
Pile Daniell : Constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.
Polarité : L'anode (pôle -) est le siège de l'oxydation. La cathode (pôle +) est le siège de la réduction.
Force électromotrice ($E$) : $E = V_{cathode} - V_{anode} > 0$.

Méthodes à maîtriser

Équilibrer une demi-équation en milieu acide.
Schématiser une pile avec la notation conventionnelle : $(-); M_1 | M_1^{n+} || M_2^{p+} | M_2 ;(+)$.
Calculer la quantité d'électricité $Q = I \cdot \Delta t = n(e^-) \cdot F$ (avec $F = 96500 , C \cdot mol^{-1}$).

Exemples corrigés

Couple $Cu^{2+}/Cu$ et $Zn^{2+}/Zn$ :
- Anode : $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$
- Cathode : $Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$
- Bilan : $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$.

Erreurs fréquentes

Oublier que le courant circule de la borne (+) vers la borne (-) à l'extérieur de la pile.
Inverser le sens de l'oxydation et de la réduction.
Confondre la charge de l'électrode avec la nature de la réaction (Anode = Oxydation).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Oxydoréduction et piles électrochimiques

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Quel est le siège de l'oxydation dans une pile ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre un oxydant et un réducteur ?

L'oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons.
Le réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons.

💡 À retenir : L'oxydant "gagne" (réduction), le réducteur "donne" (oxydation).

Kifach n3ref chkoun li anode o chkoun li cathode f'pile ?

Regarde le sens du courant ou la polarité donnée.
L'anode est toujours le pôle (-).
La cathode est toujours le pôle (+).

💡 À retenir : Anode = Oxydation (A-O), Cathode = Réduction (C-R).

Est-ce que le pont salin est obligatoire dans une pile ?

Oui, il est indispensable pour deux raisons :

Assurer la neutralité électrique des solutions dans chaque demi-pile.
Fermer le circuit électrique pour permettre le passage du courant.

💡 À retenir : Sans pont salin, la réaction s'arrête instantanément.

Chno hiya l'relation bin l'quantité d'électricité o l'electrons ?

La relation est $Q = n(e^-) \cdot F$ .

$Q$ est la charge en Coulomb (C).
$n(e^-)$ est la quantité de matière d'électrons en mole (mol).
$F$ est la constante de Faraday ( $96500 \, C \cdot mol^{-1}$ ).

💡 À retenir : $F$ représente la charge d'une mole d'électrons.

La relation est $Q = n(e^-) \cdot F$.

$Q$ est la charge en Coulomb (C).
$n(e^-)$ est la quantité de matière d'électrons en mole (mol).
$F$ est la constante de Faraday ($96500 , C \cdot mol^{-1}$).

💡 À retenir : $F$ représente la charge d'une mole d'électrons.

Kifach n7seb l'force électromotrice E ?

La force électromotrice $E$ est la tension aux bornes de la pile en circuit ouvert :

$E = V(+) - V(-)$ .
$E = V_{cathode} - V_{anode}$ .
Elle est toujours positive.

💡 À retenir : $E$ mesure la capacité de la pile à débiter du courant.

La force électromotrice $E$ est la tension aux bornes de la pile en circuit ouvert :

$E = V(+) - V(-)$.
$E = V_{cathode} - V_{anode}$.
Elle est toujours positive.

💡 À retenir : $E$ mesure la capacité de la pile à débiter du courant.

Est-ce que les électrons circulent dans la solution ?

Non, les électrons circulent uniquement dans le circuit extérieur (fils métalliques). Dans la solution, ce sont les ions qui assurent le passage du courant.

💡 À retenir : Le courant dans la solution est un mouvement d'ions.

Pourquoi la pile s'use-t-elle avec le temps ?

La pile s'use car les réactifs chimiques (le métal de l'anode et les ions de la cathode) sont consommés au cours de la réaction.

💡 À retenir : La pile s'arrête quand l'un des réactifs est totalement consommé.

Est-ce que l'anode est toujours en métal ?

Dans le programme, oui, l'anode est généralement constituée du métal qui s'oxyde (ex: lame de Zinc).

💡 À retenir : L'anode est l'électrode qui perd de la masse.

Comment savoir si une réaction est spontanée ?

(à vérifier par le professeur) Dans le cadre du programme, on utilise souvent le critère de la polarité de la pile : si la pile débite, la réaction est spontanée.

💡 À retenir : Une pile fonctionne spontanément jusqu'à l'équilibre.

Est-ce que la constante de Faraday change ?

Non, la constante de Faraday $F$ est une valeur fixe égale à $96500 \, C \cdot mol^{-1}$ .

💡 À retenir : C'est une donnée constante dans tous les exercices.

Non, la constante de Faraday $F$ est une valeur fixe égale à $96500 , C \cdot mol^{-1}$.

💡 À retenir : C'est une donnée constante dans tous les exercices.

Chno l'farq bin pile o l'électrolyse ?

La pile transforme l'énergie chimique en énergie électrique (spontanée).
L'électrolyse transforme l'énergie électrique en énergie chimique (forcée).

💡 À retenir : La pile produit du courant, l'électrolyse en consomme.

Est-ce que je dois apprendre les couples par cœur ?

Non, les couples redox sont toujours donnés dans les énoncés des exercices.

💡 À retenir : Concentre-toi sur la méthode d'écriture des équations.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On réalise une pile avec deux demi-piles : une lame de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre ( $Cu^{2+} + SO_4^{2-}$ ) et une lame d'argent dans une solution de nitrate d'argent ( $Ag^+ + NO_3^-$ ). Données : Couples $Cu^{2+}/Cu$ et $Ag^+/Ag$ .

Écrire les demi-équations aux électrodes sachant que le cuivre est le pôle (-).
Écrire l'équation bilan de la réaction.
Schématiser la pile.

Exercice 1

On réalise une pile avec deux demi-piles : une lame de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre ($Cu^{2+} + SO_4^{2-}$) et une lame d'argent dans une solution de nitrate d'argent ($Ag^+ + NO_3^-$). Données : Couples $Cu^{2+}/Cu$ et $Ag^+/Ag$.

Écrire les demi-équations aux électrodes sachant que le cuivre est le pôle (-).
Écrire l'équation bilan de la réaction.
Schématiser la pile.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Une pile débite un courant d'intensité $I = 50 \, mA$ pendant une durée $\Delta t = 1 \, h$ .

Calculer la quantité d'électricité $Q$ échangée.
En déduire la quantité de matière d'électrons $n(e^-)$ ayant circulé.

Exercice 2

Une pile débite un courant d'intensité $I = 50 , mA$ pendant une durée $\Delta t = 1 , h$.

Calculer la quantité d'électricité $Q$ échangée.
En déduire la quantité de matière d'électrons $n(e^-)$ ayant circulé.

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Exercice 3

On considère une pile Daniell de force électromotrice $E = 1,1 \, V$ . La réaction est $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$ . Si la pile fonctionne pendant 30 minutes avec un courant de 0,1 A, calculer la variation de masse de l'électrode de zinc. (Donnée : $M(Zn) = 65,4 \, g \cdot mol^{-1}$ ).

Exercice 3

On considère une pile Daniell de force électromotrice $E = 1,1 , V$. La réaction est $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$. Si la pile fonctionne pendant 30 minutes avec un courant de 0,1 A, calculer la variation de masse de l'électrode de zinc. (Donnée : $M(Zn) = 65,4 , g \cdot mol^{-1}$).

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