DS. N° 02

Les réactions

d'oxydoréduction

Cours


 
 
logo

 

Les propriétés de l’eau oxygénée. DS (30 min) :

L’encre sympathique DS (10 min)

 

Les propriétés de l’eau oxygénée. DS (30 min) :

 

L’eau oxygénée (ou peroxyde d’hydrogène) est utilisée comme antiseptique sur des plaies cutanées.

Elles est aussi un agent blanchissant efficace.

Complément scientifique :

Une espèce chimique est amphotère si elle peut se comporter

comme un oxydant ou un réducteur.

Par exemple, l’ion fer (II) Fe2+ (aq) est un ampholyte.

Il appartient aux couples oxydant / réducteur suivants :

Fe3+ (aq) / Fe 2+ (aq) et Fe2+ (aq) / Fe (s)

 

1.  La réaction d’oxydoréduction.

 

-  On étudie la réaction d’oxydoréduction entre les ions iodure I (aq) et l’eau oxygénée H2O2 (aq).

Ces deux espèces chimiques appartiennent aux couples oxydant / réducteur :

I2 (aq) / I (aq)  et H2O2 (aq) / H2O (ℓ)

-  La seule espèce colorée est le diiode qui donne une couleur jaune à la solution aqueuse.

- Le volume du mélange réactionnel est V1 = 100 mL.

a.  Parmi les réactifs, identifier l’oxydant et le réducteur.

b.  Établir les demi-équations électroniques des deux couples étudiés.

c.  En déduire l’équation de la réaction.

 

2.  Étude de la transformation en spectrophotométrie.

-  La coloration du milieu réactionnel au cours du temps évolue comme suit :

 diiode

a.  Interpréter l’évolution de la coloration du mélange.

b.  L’absorbance du milieu réactionnel à la fin de la réaction est A = 0,38 pour une longueur d’onde de 520 nm.

La loi de Beer-Lambert d’exprime ainsi :

A = k × C avec k = 600 L . mol–1.

Déterminer la concentration finale C en diiode.

c.  Sachant qu’une mole d’eau oxygénée a formé une mole de diiode, déterminer la quantité de matière initiale d’eau oxygénée.

 

3.  Une autre propriété de l’eau oxygénée.

-  L’eau oxygénée réagit avec les ions permanganate MnO4 (aq) selon la réaction d’équation :

2 MnO4 (aq) + 5 H2O2 (aq) + 6 H+ (aq) → 2 Mn2+ (aq) + 5 O2 g) + 8 H2O (ℓ)

-  Pourquoi dit-on que l’eau oxygénée est un ampholyte ?

Correction

haut

L’encre sympathique DS (10 min)

Protocole :

Sur une feuille, écrire un texte avec une plume trempée dans une solution de diiode I2 (aq) et la laisser sécher.

Pulvériser la feuille avec du jus de citron jusqu’à ce que le texte disparaisse et laisser sécher.

Pulvériser le texte avec de l’eau oxygénée H2O2 (aq) additionnée d’empois d’amidon : le texte réapparaît.

 encre

-  Interpréter la réapparition du texte en vous aidant des données .

-  Données :

-  Une solution de diiode I2 (aq) est brune ;

-  Une solution d’ion iodure I (aq) est incolore.

-  Le jus de citron contient de l’acide ascorbique C6H8O6.

-  En présence d’empois d’amidon, une solution contenant du diiode prend une coloration bleue-violacée.

-  Demi-équation électronique :

C6H8O6 (aq)  double flèche C6H6O6 (aq) + 2 H+ (aq) + 2 e

I2 (aq) +  2 e   double flèche  2 I (aq)

H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) +  2 e   double flèche  2 H2O (ℓ)

haut

Les propriétés de l’eau oxygénée. DS (30 min) :

 

1.  La réaction d’oxydoréduction.

 a.  Identification de l’oxydant et du réducteur.

-  Les réactifs sont les ions iodure I (aq)  et  l’eau l’oxygénée H2O2 (aq)

-  L’oxydant est l’eau oxygénée : H2O2 (aq) du couple H2O2 (aq) / H2O (ℓ).

-  Le réducteur est l’ion iodure I (aq)  du couple I2 (aq) / I (aq)

b.  Demi-équations électroniques des deux couples étudiés.

I2 (aq) / I (aq)

Demi-équation

électronique

Première étape :

On écrit le couple

oxydant / réducteur

I2 (aq)  double flèche 2 I (aq)

Quatrième étape :

On équilibre

les charges

avec les électrons.

I2 (aq) +  2 e  double flèche 2 I (aq)

H2O2 (aq) / H2O (ℓ)

Demi-équation

électronique

Première étape :

On écrit le couple

oxydant / réducteur

H2O2 (aq) double flèche H2O (ℓ)

Deuxième étape :

On équilibre l’élément

oxygène avec de l’eau

H2O2 (aq) double flèche 2 H2O (ℓ)

Troisième étape :

On équilibre l’élément

hydrogène avec H+

(on travaille en

 milieu acide)

H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) double flèche  2 H2O (ℓ)

Quatrième étape :

On équilibre

les charges

avec les électrons.

H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) +  2 e double flèche 2 H2O (ℓ)

 

c.  Équation de la réaction.

        H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) +  2 e double flèche 2 H2O (ℓ)

                                         (2 I (aq)  double flèche I2 (aq) +  2 e )

H2O2 (aq) + 2 H+ (aq)  + 2 I (aq)  →  I2 (aq) + 2 H2O (ℓ)

-  La réaction a lieu en milieu acide H+ (aq).

2.  Étude de la transformation en spectrophotométrie.

 a.  Évolution de la coloration du mélange :

-  Au cours de la réaction, il se forme du diiode.

-  La seule espèce colorée est le diiode qui donne une couleur jaune à la solution aqueuse.

-  La coloration évolue car la concentration en diiode augmente au cours de la réaction.

b.  Concentration finale C en diiode :

-  La loi de Beer-Lambert d’exprime ainsi : A = k × C avec k = 600 L . mol–1.

-  La mesure de l’absorbance donne : A = 0,38

-  C = 6,3 E-4 mol / L 

c.  Quantité de matière initiale d’eau oxygénée :

-  On peut calculer la quantité de matière de diiode n (I2) contenu dans le volume V1 = 100 mL du mélange réactionnel.

-  n (I2) = C . V1

-  n (I2) = 6,3 × 10–4 × 100 × 10–3.

-  n (I2) ≈ 6,3 × 10–5 mol

-  Une mole d’eau oxygénée a formé une mole de diiode :

- On en déduit que :

- n (I2) = n (H2O2) ≈ 6,3 × 10–5 mol

3.  Une autre propriété de l’eau oxygénée :

-  L’eau oxygénée réagit avec les ions permanganate MnO4 (aq) selon la réaction d’équation :

2 MnO4 (aq) + 5 H2O2 (aq) + 6 H+ (aq) → 2 Mn2+ (aq) + 5 O2 (g) + 8 H2O (ℓ)

-  Les couples qui interviennent sont :

-  MnO4 (aq) / Mn2+ (aq) et O2 (g) / H2O2 (aq)

-  On peut retrouver les demi-équations électroniques :

MnO4(aq) / Mn2+(aq)

Demi-équation électronique

Première étape :

On écrit le couple

oxydant / réducteur

MnO4  (aq) double flèche Mn2+ (aq)

Deuxième étape :

On équilibre l’élément

oxygène avec de l’eau

MnO4  (aq) double flèche Mn2+ (aq) +  4 H2O (ℓ)

Troisième étape :

On équilibre l’élément

hydrogène avec H+

(on travaille en

milieu acide)

MnO4 (aq)  + 8 H+ (aq) double flèche Mn2+ (aq)  +  4 H2O (ℓ)

Quatrième étape :

On équilibre les

charges avec

les électrons.

MnO4 (aq) + 8 H+ (aq)  + 5 e  double flèche Mn2+ (aq)  + 4 H2O (ℓ)

 

O2 (g) / H2O2 (aq)

Demi-équation

électronique

Première étape :

On écrit le couple

oxydant / réducteur

O2 (g)  double flèche H2O2 (aq)

Troisième étape :

On équilibre l’élément

hydrogène avec H+

(on travaille

en milieu acide)

O2 (g) + 2 H+ (aq)  double flèche H2O2 (aq)

Quatrième étape :

On équilibre

les charges

avec les électrons.

O2 (g) + 2 H+ (aq) + 2 e  double flèche H2O2 (aq)

-  Équation bilan de la réaction :

              ( MnO4 (aq) + 8 H+ (aq)  + 5 e  double flèche Mn2+ (aq)  + 4 H2O (ℓ) ) × 2

                                                   (H2O2 (aq) double flèche O2 (g) + 2 H+ (aq) + 2 e ) × 5

2 MnO4 (aq) + 5 H2O2 (aq) + 6 H+ (aq)  → 2 Mn2+ (aq) + 5 O2 (g) + 8 H2O (ℓ)

 

-  L’eau oxygénée est un ampholyte, c’est-à-dire une espèce amphotère car :

-  C’est l’oxydant du couple H2O2 (aq) / H2O (ℓ)

-  Et le réducteur du couple O2 (g) / H2O2 (aq).

 

haut

L’encre sympathique  DS (10 min) :

 

-  Première étape : On écrit sur la feuille avec une solution brune de diiode I2 (aq).

 solution de diiode

-  Deuxième étape : On vaporise avec le jus de citron :

-  Il se produit une réaction entre le diiode I2 (aq) et l’acide ascorbique C6H8O6 (aq).

                C6H8O6 (aq) double flèche C6H6O6 (aq) + 2 H+ (aq) + 2 e

              I2 (aq) +  2 e double flèche 2 I (aq)

C6H8O6 (aq) + I2 (aq) → C6H6O6 (aq) + 2 I (aq) + 2 H+ (aq)

-  Le diiode disparaît pour donner les ions iodure incolores.

-  Le texte disparaît.

-  Troisième étape : On vaporise la feuille avec de l’eau oxygénée.

-   Il se produit une réaction d’oxydoréduction entre les ions iodure et l’eau oxygénée :

       H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) +  2 e double flèche 2 H2O (ℓ)

                                         (2 I (aq)  double flèche I2 (aq) +  2 e )

H2O2 (aq) + 2 H+ (aq)  + 2 I (aq)  →  I2 (aq) + 2 H2O (ℓ)

-  L’empois d’amidon donne une coloration bleue en présence du diiode.

-  Le texte réapparaît.

-  Solution aqueuse de diiode  :

solution de diiode 

-  Après l’ajout de l’empois d’amidon, la solution prend une teinte bleue-violacée.

 solution de diiode + empois d'amidon

-  L’acide ascorbique : (vitamine C)

-  5-(1,2-dihydroxyéthyl)-3,4-dihydroxyfuran-2(5H)-one

-  Formule brute : C6H8O6

-  Formule semi-développée

 acide ascorbique

-  Formule topologique :

 acide ascorbique

-  Acide déshydroascorbique :

-  Formule brute : C6H6O6

-  5-(1,2-dihydroxyéthyl)oxolane-2,3,4-trione

-  Formule semi-développée :

acide déshydroascorbique 

-  Formule topologique :

 acide déhydroascorbique

-  Demi-équation électronique :

 acide ascorbique déhydroascorbique

 

haut