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Chimie · Agronomie, vétérinaire & architecture — ENA Meknès (agriculture)

Oxydoréduction et électrochimie

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

  • Oxydation : Perte d'électrons. Réduction : Gain d'électrons.
  • Couple Ox/Red : $Ox + n e^- \rightleftharpoons Red$.
  • Nombre d'oxydation ($n.o.$) : Somme des $n.o.$ dans une molécule neutre = 0 ; dans un ion = charge de l'ion.
  • Pile Daniell : Constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.
  • Équation de fonctionnement : $Ox_1 + Red_2 \rightarrow Red_1 + Ox_2$.
  • Relation de Faraday : $Q = I \cdot \Delta t = n(e^-) \cdot F$ avec $F \approx 96500 , C \cdot mol^{-1}$.

Méthodes à maîtriser

  1. Équilibrer une demi-équation : Équilibrer les atomes, puis les charges avec $H^+$ (milieu acide) ou $OH^-$ (milieu basique) et enfin les électrons.
  2. Schéma de la pile : Toujours placer l'anode à gauche (pôle -) et la cathode à droite (pôle +).
  3. Calcul de la f.é.m ($E$) : $E = E_{cathode} - E_{anode}$.

Exemples corrigés

  • Demi-équation : $MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$.
  • Calcul de charge : Pour $0,1 , mol$ d'électrons, $Q = 0,1 \times 96500 = 9650 , C$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier le pont salin (la pile ne fonctionne pas).
  • Inverser l'anode et la cathode.
  • Confondre le sens du courant ($I$ : de + vers -) et le sens des électrons (de - vers +).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Oxydoréduction et électrochimie

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Quel est le rôle de l'anode dans une pile ?

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref chkoun houwa l'anode o chkoun l'cathode f l'pile ?
  1. Regarde les potentiels standard des couples ($E^0$).
  2. L'électrode ayant le potentiel le plus élevé est la cathode (pôle +).
  3. L'électrode ayant le potentiel le plus faible est l'anode (pôle -).

💡 À retenir : L'anode est le siège de l'oxydation, la cathode celui de la réduction.

Chno hiya l'khedma dyal l'pont salin ?

Le pont salin permet de fermer le circuit électrique et d'assurer l'électroneutralité des solutions en laissant migrer les ions. Sans lui, la pile s'arrête immédiatement.

💡 À retenir : Le pont salin assure la continuité du courant ionique.

Kifach n7seb l'quantité d'matière dyal l'electrons n(e^-) ?
  1. Utilise la relation $Q = I \cdot \Delta t$.
  2. Utilise la relation $Q = n(e^-) \cdot F$.
  3. Donc $n(e^-) = \frac{I \cdot \Delta t}{F}$.

💡 À retenir : $F$ est la constante de Faraday ($96500 , C/mol$).

Est-ce que le nombre d'oxydation peut être négatif ?

Oui, le nombre d'oxydation peut être négatif (ex: $-I$ dans $Cl^-$ ou $-II$ dans $O^{2-}$).

💡 À retenir : Le $n.o.$ traduit l'état de charge fictif d'un atome.

Comment équilibrer une équation en milieu basique ?
  1. Équilibre comme en milieu acide (avec $H^+$).
  2. Ajoute autant de $OH^-$ que de $H^+$ des deux côtés.
  3. Simplifie les molécules d'eau formées.

💡 À retenir : $H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$.

Pourquoi la f.é.m d'une pile diminue avec le temps ?

La f.é.m diminue car les concentrations des réactifs diminuent et celles des produits augmentent, ce qui fait évoluer le quotient de réaction vers la constante d'équilibre.

💡 À retenir : Une pile s'use quand l'équilibre est atteint.

Est-ce que le métal de l'anode se consomme ?

Oui, à l'anode, le métal solide s'oxyde en ions métalliques : $M(s) \rightarrow M^{n+} + ne^-$. L'électrode s'amincit.

💡 À retenir : L'anode est le siège de la dissolution métallique.

Chno l'far9 bin l'pile o l'électrolyse ?

La pile produit de l'énergie (réaction spontanée), alors que l'électrolyse consomme de l'énergie électrique pour forcer une réaction non spontanée.

💡 À retenir : Pile = générateur ; Électrolyse = récepteur.

Comment calculer la masse perdue par une électrode ?
  1. Détermine $n(e^-)$ avec $I \cdot \Delta t / F$.
  2. Utilise la demi-équation pour trouver $n(M)$ en fonction de $n(e^-)$.
  3. Calcule $m = n(M) \cdot M_{molaire}$.

💡 À retenir : Utilise toujours le rapport stœchiométrique.

Le pont salin peut-il être remplacé par un fil métallique ?

Non, un fil métallique ne permet pas le passage des ions, or la circulation des ions est indispensable pour maintenir l'électroneutralité des solutions.

💡 À retenir : Le pont salin est un conducteur ionique, pas électronique.

Quelle est l'unité de la force électromotrice ?

La force électromotrice (f.é.m) s'exprime en Volt (V).

💡 À retenir : $1 , V = 1 , J/C$.

Est-ce que le n.o. de l'oxygène est toujours -II ?

Dans la majorité des composés oui, sauf dans les peroxydes (ex: $H_2O_2$) où il est de -I.

💡 À retenir : Vérifie toujours la somme des $n.o.$ dans la molécule.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On considère une pile Daniell constituée d'une électrode de Zinc dans une solution de $Zn^{2+}$ et d'une électrode de Cuivre dans une solution de $Cu^{2+}$. Données : $E^0(Cu^{2+}/Cu) = 0,34 , V$ ; $E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0,76 , V$.

  1. Écrire les demi-équations aux électrodes.
  2. Calculer la f.é.m de la pile.
  3. Schématiser la pile.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Une pile débite un courant $I = 0,1 , A$ pendant $1$ heure. Calculer la masse de cuivre déposée à la cathode. Données : $M(Cu) = 63,5 , g/mol$ ; $F = 96500 , C/mol$.

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Exercice 3

Déterminer le nombre d'oxydation du Chrome dans l'ion dichromate $Cr_2O_7^{2-}$.

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