ChimieFiche 11 · Réaction de transfert d'électrons et les piles
Chimie · Fiche de révision

Réaction de transfert d'électrons et les piles

Par cœur, méthodes, pièges et réflexes concours — la fiche condensée à relire la veille.

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1Le nombre d'oxydation (n.o.)

Par cœurrègles à connaître
  • Corps simple (OX2\ce{O2}, Fe\ce{Fe}, ClX2\ce{Cl2}…) : n.o.=0=0.
  • Ion monoatomique : n.o. == charge (FeX3+\ce{Fe^{3+}} : +III+\mathrm{III}).
  • H : +I+\mathrm{I}, sauf hydrures métalliques (NaH\ce{NaH}, CaHX2\ce{CaH2}) : I-\mathrm{I}.
  • O : II-\mathrm{II}, sauf peroxydes (HX2OX2\ce{H2O2}, NaX2OX2\ce{Na2O2}) : I-\mathrm{I}.
  • Halogènes (gr. 17) : I-\mathrm{I} dans un composé (sauf entre eux ou avec O).
  • Alcalins (gr. 1) : toujours +I+\mathrm{I} ; alcalino-terreux (gr. 2) : toujours +II+\mathrm{II}.
  • n.o.=\displaystyle\sum \text{n.o.} = charge globale de l'espèce (00 si neutre) — règle clé.
Méthodecalculer n.o.(XX)

1) charge globale (0 si neutre) ++ n.o. « évidents » (O=II=-\mathrm{II}, H=+I=+\mathrm{I}…) ; 2) poser x=x=n.o.(XX) et écrire \sumn.o. == charge globale ; 3) résoudre.

Piègen.o. \neq charge réelle

H =I=-\mathrm{I} dans les hydrures, 00 dans HX2\ce{H2} (pas toujours +I+\mathrm{I}) ; O =I=-\mathrm{I} dans les peroxydes (pas toujours II-\mathrm{II}). Le n.o. est formel (chiffres romains) \neq la charge réelle de l'ion, sauf pour un ion monoatomique.

Réflexe concoursn.o. d'un élément central — 2025, Q10

KMnOX4\ce{KMnO4} : n.o.(K)=+I=+\mathrm{I} (alcalin), n.o.(O)=II×4=-\mathrm{II}\times4, donc 1+x8=0x=+VII1+x-8=0\Rightarrow x=+\mathrm{VII} pour Mn (piège : pas +VIII+\mathrm{VIII}). Réponse : K(+I)(+\mathrm{I}) Mn(+VII)(+\mathrm{VII}) O(II)(-\mathrm{II}).

2Couple redox & équilibrage

Par cœurcouple Ox/Red
  • Ox+n eXRed\mathrm{Ox}+n\,\ce{e^-}\rightleftharpoons\mathrm{Red} : les électrons sont toujours du côté de l'oxydant.
  • n=n.o.(oxydant)n.o.(reˊducteur)n = \text{n.o.(oxydant)} - \text{n.o.(réducteur)} (écart de n.o. de l'atome qui change).
  • Une réaction n'est redox que si un n.o. change : COX2+HX2OHX2COX3\ce{CO2 + H2O -> H2CO3} (2019, Q25) n'est pas redox (C reste +IV+\mathrm{IV}) ; 2 HX2OX22 HX2O+OX2\ce{2 H2O2 -> 2 H2O + O2} l'est (dismutation de O).

oxydant = qui est réduit (capte des e^-) ; réducteur = qui est oxydé (cède des e^-)

Méthodeéquilibrer en milieu acide

1) repérer les 2 couples (atome dont le n.o. varie) ; 2) n.o. \to électrons (côté oxydant), vérifier le rapport atomique 1 pour 1 ; 3) O avec HX2O\ce{H2O} côté réducteur, puis H avec HX+\ce{H+} côté oxydant ; 4) égaliser les électrons (PPCM), additionner, simplifier. Milieu basique : idem puis neutraliser chaque HX+\ce{H+} avec un OHX\ce{OH-} des deux côtés.

Piègele rapport 1 pour 1 oublié

CrX2OX7X2+6 eX2 CrX3+\ce{Cr2O7^{2-} + 6 e^- <=> 2 Cr^{3+}} : 2 Cr à droite pour 1 à gauche \Rightarrow en ramenant à 1 atome de Cr il faut aussi doubler les électrons transférés. L'erreur la plus fréquente au concours.

Réflexe concourspondérer une équation redox — 2022, Q18 ; 2021, Q25
  • MnOX4X+HX++HX2OX2MnX2++HX2O+OX2\ce{MnO4^- + H+ + H2O2 -> Mn^{2+} + H2O + O2} : n=5n=5 pour Mn (+VII+II+\mathrm{VII}\to+\mathrm{II}), n=2n=2 pour HX2OX2\ce{H2O2} qui s'oxyde en OX2\ce{O2} \Rightarrow coefficients 2,6,52,8,52,6,5\to2,8,5.
  • KMnOX4+KI+HClMnClX2+IX2+HX2O\ce{KMnO4 + KI + HCl -> MnCl2 + I2 + H2O} : n.o.(Mn dans MnOX4X\ce{MnO4^-})=+VII=+\mathrm{VII} ; 10 eX10\,\ce{e^-} échangés (PPCM(5,2)(5,2)) ; on ajoute 8 HX2O8\,\ce{H2O} à droite.

3Potentiels standards & prévision

Par cœurlire ErE^\circ_{\mathrm r}
  • Mesuré vs ESH (électrode standard à hydrogène, E=0 VE^\circ=0\,\mathrm{V}), conditions standard (1 mol/L1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}, 1 atm1\,\mathrm{atm}, 25 C25\,{}^{\circ}\mathrm{C}).
  • EE^\circ élevé \to Ox fort ; EE^\circ faible (négatif) \to Red fort.
  • Réaction spontanée : l'oxydant du couple le plus haut réagit avec le réducteur du couple le plus bas.
ComparatifCouples usuels, du + oxydant au + réducteur
CoupleEE^\circ(V)CoupleEE^\circ(V)
FX2\ce{F2}/FX\ce{F^-}+2,87+2,87CuX2+\ce{Cu^{2+}}/Cu\ce{Cu}+0,34+0,34
MnOX4X\ce{MnO4^-}/MnX2+\ce{Mn^{2+}}+1,51+1,51HX+\ce{H+}/HX2\ce{H2} (ESH)0,000,00
AgX+\ce{Ag+}/Ag\ce{Ag}+0,80+0,80FeX2+\ce{Fe^{2+}}/Fe\ce{Fe}0,44-0,44
FeX3+\ce{Fe^{3+}}/FeX2+\ce{Fe^{2+}}+0,77+0,77ZnX2+\ce{Zn^{2+}}/Zn\ce{Zn}0,76-0,76
Réflexe concourscomparer 2 EE^\circ pour prévoir — automatisme

AgX+\ce{Ag+} (+0,80+0,80) oxyde Cu\ce{Cu} (+0,34+0,34) et Zn\ce{Zn} (0,76-0,76) : les deux EE^\circ lui sont inférieurs. FX2\ce{F2} (+2,87+2,87), oxydant le plus fort du tableau, dissout même l'or Au\ce{Au} (+1,52+1,52).

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