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

Transformations associées à des réactions d'oxydoréduction

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

Une réaction d'oxydoréduction est un transfert d'électrons entre un oxydant et un réducteur.

Oxydation : perte d'électrons ( $Red \rightarrow Ox + n \cdot e^-$ ).
Réduction : gain d'électrons ( $Ox + n \cdot e^- \rightarrow Red$ ).
Équation bilan : somme des deux demi-équations en égalisant le nombre d'électrons échangés.
Pile : dispositif convertissant l'énergie chimique en énergie électrique. Elle est constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.
Anode (-) : siège de l'oxydation.
Cathode (+) : siège de la réduction.
Quantité d'électricité : $Q = I \cdot \Delta t = n(e^-) \cdot F$ , avec $F = 96500 \, C \cdot mol^{-1}$ .

Méthodes à maîtriser

Équilibrer une demi-équation en milieu acide (ajouter $H_2O$ pour les O, $H^+$ pour les H, puis $e^-$ pour la charge).
Déterminer la polarité d'une pile : le pôle (-) est celui où se produit l'oxydation.
Calculer la capacité maximale d'une pile : $Q_{max} = n_{max}(e^-) \cdot F$ .

Exemples corrigés

Exemple : 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 d'ajuster les électrons dans l'équation bilan.
Inverser les pôles de la pile (l'anode est toujours le pôle négatif).
Confondre le sens du courant (de + vers -) et le sens des électrons (de - vers +).

L'essentiel du cours

Une réaction d'oxydoréduction est un transfert d'électrons entre un oxydant et un réducteur.

Oxydation : perte d'électrons ($Red \rightarrow Ox + n \cdot e^-$).
Réduction : gain d'électrons ($Ox + n \cdot e^- \rightarrow Red$).
Équation bilan : somme des deux demi-équations en égalisant le nombre d'électrons échangés.
Pile : dispositif convertissant l'énergie chimique en énergie électrique. Elle est constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.
Anode (-) : siège de l'oxydation.
Cathode (+) : siège de la réduction.
Quantité d'électricité : $Q = I \cdot \Delta t = n(e^-) \cdot F$, avec $F = 96500 , C \cdot mol^{-1}$.

Méthodes à maîtriser

Équilibrer une demi-équation en milieu acide (ajouter $H_2O$ pour les O, $H^+$ pour les H, puis $e^-$ pour la charge).
Déterminer la polarité d'une pile : le pôle (-) est celui où se produit l'oxydation.
Calculer la capacité maximale d'une pile : $Q_{max} = n_{max}(e^-) \cdot F$.

Exemples corrigés

Exemple : 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 d'ajuster les électrons dans l'équation bilan.
Inverser les pôles de la pile (l'anode est toujours le pôle négatif).
Confondre le sens du courant (de + vers -) et le sens des électrons (de - vers +).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Transformations associées à des réactions d'oxydoréduction

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Lors d'une oxydation, l'espèce chimique :

❓ Questions fréquentes

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

L'anode est le pôle négatif (-), c'est là que se produit l'oxydation (perte d'électrons).
La cathode est le pôle positif (+), c'est là que se produit la réduction (gain d'électrons).
Si on te donne le sens du courant, les électrons sortent de l'anode vers la cathode.

💡 À retenir : Anode = Oxydation = Pôle (-).

Chno hiya l'utilité dyal l'pont salin ?

Le pont salin assure la fermeture du circuit électrique.
Il permet le passage des ions pour maintenir l'électroneutralité des solutions dans chaque demi-pile.

💡 À retenir : Sans pont salin, le courant ne circule pas.

Kifach n7seb la capacité d'une pile Q{max} ?

Écris la demi-équation de l'anode.
Détermine la quantité de matière du réactif limitant à l'anode ( $n_{lim}$ ).
Calcule $n(e^-) = n_{lim} \times (\text{coefficient des électrons})$ .
Applique $Q_{max} = n(e^-) \times F$ .

💡 À retenir : $Q_{max} = n(e^-) \cdot F$ .

Écris la demi-équation de l'anode.
Détermine la quantité de matière du réactif limitant à l'anode ($n_{lim}$).
Calcule $n(e^-) = n_{lim} \times (\text{coefficient des électrons})$.
Applique $Q_{max} = n(e^-) \times F$.

💡 À retenir : $Q_{max} = n(e^-) \cdot F$.

Est-ce que le pont salin s'use avec le temps ?

Oui, les ions contenus dans le gel du pont salin migrent vers les demi-piles pour compenser la charge, ce qui finit par épuiser le pont.

Comment équilibrer une équation en milieu basique ?

On équilibre d'abord comme en milieu acide, puis on ajoute autant de $OH^-$ de chaque côté qu'il y a de $H^+$ pour former des $H_2O$ . (à vérifier par le professeur)

On équilibre d'abord comme en milieu acide, puis on ajoute autant de $OH^-$ de chaque côté qu'il y a de $H^+$ pour former des $H_2O$. (à vérifier par le professeur)

Pourquoi les électrons ne circulent pas dans la solution ?

Les électrons circulent uniquement dans le circuit métallique (fils conducteurs). Dans la solution, ce sont les ions qui assurent le passage du courant.

Est-ce que la masse de l'anode augmente ?

Non, à l'anode il y a oxydation (le métal solide se transforme en ions), donc la masse de l'électrode diminue.

Quelle est la différence entre une pile et un accumulateur ?

Une pile est un système non rechargeable (réaction irréversible), alors qu'un accumulateur peut être rechargé par un courant extérieur.

Est-ce que F est toujours égal à 96500 ?

Oui, c'est la constante de Faraday, elle représente la charge d'une mole d'électrons.

Comment savoir si une réaction est spontanée ?

En comparant le quotient de réaction $Q_r$ à la constante d'équilibre $K$ . Si $Q_r < K$ , elle évolue dans le sens direct.

En comparant le quotient de réaction $Q_r$ à la constante d'équilibre $K$. Si $Q_r < K$, elle évolue dans le sens direct.

Est-ce que le volume de la solution change ?

Le volume reste constant, mais la concentration des ions change au cours du fonctionnement de la pile.

Pourquoi on utilise souvent le platine (Pt) comme électrode ?

Le platine est un métal inerte, il sert de conducteur pour les couples où les deux espèces sont en solution (ex: $Fe^{3+}/Fe^{2+}$ ).

Le platine est un métal inerte, il sert de conducteur pour les couples où les deux espèces sont en solution (ex: $Fe^{3+}/Fe^{2+}$).

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On réalise une pile avec deux demi-piles : une lame de Zinc dans une solution de sulfate de zinc et une lame d'Argent dans une solution de nitrate d'argent. Données : $E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0,76 V$ ; $E^0(Ag^+/Ag) = +0,80 V$ .

Écrire les demi-équations aux électrodes.
Écrire l'équation bilan.
Calculer la force électromotrice $E$ de la pile.

Exercice 1

Écrire les demi-équations aux électrodes.
Écrire l'équation bilan.
Calculer la force électromotrice $E$ de la pile.

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Exercice 2

Une pile fonctionne pendant $\Delta t = 2h$ avec un courant $I = 0,1 A$ .

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

Exercice 2

Une pile fonctionne pendant $\Delta t = 2h$ avec un courant $I = 0,1 A$.

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

Soit une pile de capacité $Q_{max} = 9650 C$ . Elle utilise le couple $Cu^{2+}/Cu$ . Quelle masse de cuivre $m$ est consommée si la pile débite jusqu'à épuisement ? Donnée : $M(Cu) = 63,5 g/mol$ .

Exercice 3

Soit une pile de capacité $Q_{max} = 9650 C$. Elle utilise le couple $Cu^{2+}/Cu$. Quelle masse de cuivre $m$ est consommée si la pile débite jusqu'à épuisement ? Donnée : $M(Cu) = 63,5 g/mol$.

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