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Leçon de chimie n°4 (agrégation) :
Réactions d'oxydoréduction en solution aqueuse (dosage exclu) (1^re S).

Transcription des notes manuscrites de préparation à l'agrégation. Les tableaux et le détail des manipulations sont dans le document original : télécharger la leçon manuscrite (PDF, 4 pages).

Prérequis

Écriture d'équations chimiques, tests de reconnaissance des ions, classification périodique. Objectifs : définir et identifier un oxydant et un réducteur, écrire une réaction d'oxydoréduction.

Introduction

La rouille sur les objets en fer, la couleur bleutée prise par les objets en cuivre, les garanties anticorrosion des voitures, une bouteille d'eau oxygénée qui ne se conserve pas indéfiniment : tous ces phénomènes relèvent d'un même type de réaction, l'oxydoréduction. Manipulation introductive : tournure de cuivre immergée dans une solution de nitrate d'argent, qui se recouvre d'argent.

Ce qui se passe au cours d'une réaction d'oxydoréduction

Réaction entre le zinc métal et les ions cuivre II

• Réalisation : lame de zinc dans du sulfate de cuivre ; sulfate de cuivre avec de la poudre de zinc.
• Caractérisation des produits : disparition de la couleur bleue et dépôt de cuivre sur la lame ; après filtration, les ions zinc II sont caractérisés par le précipité de Zn(OH)₂.
• Mise en évidence du transfert d'électrons et écriture des demi-équations.

Réaction entre les ions MnO₄⁻ et Fe²⁺

• Réalisation de la réaction, caractérisation des ions Fe³⁺ par NaOH (précipité rouille de Fe(OH)₃).
• Mise en évidence du transfert d'électrons et demi-équations en milieu acide (ou basique).

Oxydants et réducteurs

• Réducteur : espèce capable de céder un ou plusieurs électrons (Cu, Zn, Fe²⁺ dans les réactions précédentes).
• Oxydant : espèce capable de capter un ou plusieurs électrons (Ag⁺, Cu²⁺, MnO₄⁻).
• Couples oxydant-réducteur : l'élément cuivre intervient comme oxydant et comme réducteur ; un couple est caractérisé par sa demi-équation, oxydant + \(n\) e⁻ = réducteur (tableau de couples et demi-équations).
• Classification périodique : lien entre la colonne et le caractère oxydant ou réducteur ; illustrations : caractère réducteur du sodium, caractère oxydant du dioxygène (préparation de l'oxyde magnétique).

Écrire une réaction d'oxydoréduction

Étapes d'écriture à partir des deux demi-équations ; bilan : transfert d'électrons d'un réducteur vers un oxydant.

Des réactions d'oxydoréduction dans la vie de tous les jours

• Ne pas mélanger eau de Javel et détartrant : dégagement de dichlore (voir la leçon sur l'eau de Javel).
• Mode d'action de l'eau oxygénée : dismutation H₂O₂ → H₂O + ½ O₂, accélérée par Fe²⁺.
• Corrosion du fer : la rouille Fe₂O₃ est perméable au dioxygène, d'où une transformation complète du métal.
• La photographie : prise de vue AgBr → Ag + Br (image latente) ; le révélateur réduit Ag(I) autour des germes de l'image latente, AgBr + e⁻ → Ag + Br⁻ ; le fixateur dissout les cristaux de bromure d'argent non transformés.

Conclusion

Après les réactions acido-basiques, qui échangent des ions H⁺, on a étudié des réactions qui échangent des électrons, avec le même formalisme : couples, demi-équations et équation bilan entre deux couples (acide 1 + base 2 → acide 2 + base 1 ; Ox 1 + Red 2 → Ox 2 + Red 1). La leçon suivante utilise ces réactions pour doser des espèces en solution. L'analogie avec les acides et les bases peut être faite dès le début ou en conclusion.

Bibliographie

• Manuel de 1^re S, Bordas
• Manuel de 1^re S, Nathan
• Chimie, Bréal
• 100 manipulations de chimie, Bréal
• Polycopié de CAPES