Chapitre 3: Les équilibres d'Oxydo-réduction

 

Chapitre 3 : Les Équilibres d'Oxydo-Réduction

Concepts de Base

Oxydant et Réducteur

Oxydation : Perte d'électrons par une espèce chimique. Réduction : Gain d'électrons par une espèce chimique.

  • Oxydant : Espèce qui accepte des électrons (elle-même est réduite).
  • Réducteur : Espèce qui donne des électrons (elle-même est oxydée).

Exemple : Zn+Cu2+Zn2++Cu

  • Zn est le réducteur, car il perd des électrons (il est oxydé).
  • **Cu}^{2+} est l'oxydant, car il gagne des électrons (il est réduit).

Équations de demi-réactions

Les réactions d'oxydo-réduction peuvent être séparées en deux demi-réactions : une pour l'oxydation et une pour la réduction.

Exemple : Pour la réaction ci-dessus :

  • Demi-réaction d'oxydation : ZnZn2++2e
  • Demi-réaction de réduction : Cu2++2eCu

Potentiel Redox (E⁰)

Définition et échelle des potentiels redox

  • Potentiel Redox (E⁰) : Mesure de la tendance d'une espèce chimique à gagner des électrons et à être réduite. Il est mesuré en volts (V) et comparé à un électrode standard, l'électrode à hydrogène (E⁰ = 0 V).

  • Table des potentiels standard (E⁰) : Classement des potentiels redox pour différentes réactions redox à 25°C, 1 atm de pression, et avec des concentrations de 1 M pour les solutions aqueuses.

Exemple :

  • Potentiel standard de réduction pour Cu2+Cu : E⁰ = +0.34 V
  • Potentiel standard de réduction pour Zn2+Zn : E⁰ = -0.76 V

Équation de Nernst et Équilibres Redox

Équation de Nernst

L'équation de Nernst permet de calculer le potentiel redox d'une réaction hors des conditions standard.

E=E0RTnFlnoù :

  • = Potentiel redox à une condition non standard.
  • = Potentiel redox standard.
  • R = Constante des gaz parfaits (8.314 J/mol·K).
  • T = Température en Kelvin.
  • = Nombre d'électrons transférés dans la réaction redox.
  • = Constante de Faraday (96485 C/mol).
  • = Quotient réactionnel, [Produits]/[Reˊactifs]

Applications pratiques

  • Calcul du potentiel de pile : Utilisation de l'équation de Nernst pour prédire le potentiel d'une pile électrochimique sous des conditions non standard.
  • Prédiction de la direction des réactions redox : Une réaction redox spontanée se produit si le potentiel redox global est positif.

Titrages Redox

Principes des titrages redox

  • Titrage redox : Méthode analytique pour déterminer la concentration d'une espèce en solution, basée sur une réaction d'oxydo-réduction.
  • Point équivalent : Moment où les quantités de l'oxydant et du réducteur sont stœchiométriquement équivalentes.

Utilisation des indicateurs redox

  • Indicateur redox : Substance qui change de couleur à un certain potentiel redox, signalant le point équivalent du titrage.
  • Exemples d'indicateurs redox :
    • Ferroïne : Change de couleur autour de +1.10 V.
    • Diphénylamine : Change de couleur autour de +0.76 V.

Exemple de titrage redox :

  • Titration du fer(II) avec du permanganate de potassium (KMnO₄). MnO4+8H++5Fe2+Mn2++4H2O+5Fe3+