DS. N° 02

Les réactions

d'oxydoréduction

Cours


 
 
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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

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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)


Correction

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).

 

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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

 

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