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Oxydation
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Exercices

1/ Une oxydation se produit quand une espèce chimique perd une partie de sa charge électrique négative.

Comprendre

temps conservation aliments Oxydation réduction potentiel électrons

Quand une molécule est oxydée, elle perd une partie de ses charges négatives (ses électrons). L'oxygène est un bon oxydant car il est très électronégatif, c'est à dire qu'il attire fortement les électrons (de charges négatives).
Lorsqu'un autre atome crée une liaison avec l'oxygène, ce dernier attire les électrons à lui et l'atome voit une partie de ses charges négatives s'éloigner, il devient donc un peu plus positif. On dit qu'il est oxydé.

Appliquer

mnémotechnique oxydation réduction électronsEquilibrer équation redox

réducteur : donneur (d'électrons)
oxydant : gagnant (d'électrons)
On peut aussi se dire que le réducteur est plus bas (sur un axe positif en haut, négatif en bas) que l'oxydant car il est plus chargé en électrons

Ecrire une équation redox

Une réaction d'oxydo-réduction est une réaction où l'oxydant présent va devenir réducteur et où le réducteur va devenir oxydant. Pour que cette réaction soit équilibrée, on commence par équilibrer chacun des couples oxydant-réducteur afin de voir le nombre d'électrons que chacun de ces couples met en jeu: on parle de demi-équations.
On va appliquer des coefficients aux demi-équation redox de façon à ce que le nombre d'électrons soient le même de chaque côté(dans les produits et les réactifs) pour trouver l'équation totale.

Equilibrer une demi-équation redox

Equilibrer une demi-équation d'oxydo-réduction (redox) permet de savoir le nombre d'électrons mis en jeu lors de cette réaction.
On commence par équilibrer le nombre d'oxygène de chaque côté en rajoutant de l'eau(H2O) du côté où il n'y a pas assez d'oxygène.
On équilibre ensuite les hydrogènes en rajoutant des ions H+ du côté où il n'y en a pas assez.
On rajoute enfin le nombre d'électrons nécessaire du côté le plus positif afin que les charges soient équilibrées.

1/ Exercices

Appliquer

1/ Demi Equilibres 
(8 mn)

Equilibre les demi-équations redox ci-dessous.

O3= O2

O3 + 2H+ +2e-= O2 + H2O

HClO = Cl2

2HClO + 2H+ +2e- = Cl2 +2H2O

O2 = H2O

O2+4H+ + 4e- = 2H2O

NO3- = NO

NO3-+ 4H+ +3e-= NO + 2H2O

Analyse

1/ Disparition du cuivreImageMatériel et protocole 
(45 mn)
Oxydation électron charge Oxydation cuivre dans pH
cuivre
Acide nitrique
Hotte
Par groupe
2 tubes à essai
soude diluée
poudre de fer

Quand on veut extraire le cuivre d'une roche le contenant sous forme de petits fragments, on commence par le dissoudre puis on le reforme grâce à des réactions chimiques. Mais que se passe-t-il lors de ces réactions chimiques ?

Cuivre metalliqueIon cuivreHydroxyde de cuivre
SymboleCuCu2+Cu(OH)2Cu2O
FormeOxyde de cuivre
AspectMétal rouge-orangéBleuPrécipité bleuPierre ou poudre rouge
SolubilitéInsoluble dans l'eauTrès soluble dans l'eauPeu soluble dans l'eauPeu soluble dans l'eau
Oxydation du cuivre

Le professeur pourra mettre du cuivre en contact avec de l'acide nitrique, ce qui dégagera du NO2 et semblera faire disparaître le cuivre

Sous quelle forme est le cuivre au début de l'expérience ? Entoure le sur ton diagramme.

Il est sous forme de cuivre métallique, Cu

Lorsqu'un métal réagit avec un acide, il s'oxyde.

L'atome devient-il plus positif ou plus négatif quand il s'oxyde? 

On peut voir que lorsqu'un atome s'oxyde, il perd des électrons, il devient donc plus positif.

Si l'oxydation fait perdre deux électrons au cuivre, quelle sera la formule de l'ion cuivre ?

Si l'atome de cuivre perd deux électrons, il lui restera deux charges posiives excédentaires, il deviendra Cu2+

Sur ton diagramme, met une flèche allant du cuivre metallique à l'ion cuivre.

La flèche montera de l'atome Cu à l'ion Cu2+

Réduction du cuivre

Quand on met de la poudre de fer en présence d'ion cuivre, il oxyde le fer : l'ion cuivre va arracher deux électrons au fer.

SymboleFeFe2+Fe(OH)2Fe3+Fe(OH)3
FormeFer metalliqueIon fer IIHydroxyde de fer IIIon Fer IIIHydroxyde de fer III
AspectMétal rouge-orangévertPrécipité vertrouge-orangeprécipité rouge-orange
SolubilitéInsoluble dans l'eauTrès soluble dans l'eauPeu soluble dans l'eauTrès soluble dans l'eauPeu soluble dans l'eau

Compléte les demi-équations sachant que la flèche représente la réaction chimique.

Ce qui se passe coté fer: Fe ? … + … e-

Fe ? Fe2+ +2 e-

Ce qui se passe coté cuivre: Cu2++ ... e- ? …

Cu2++ 2e- ? 2 e -

Réunit tous les réactifs des réactions précédentes ensemble et tous les produits ensemble afin de trouver l'équation-bilan de la réaction.

Cu2++ 2e- + Fe -> Fe2++ 2e- + Cu

Quelle sera la forme du cuivre ? Quelle sera la forme du fer ?

Le fer se changera sous sa forme ionique et le cuivre redeviendra sous sa forme atomique.

Que devrait-t-on observer lorsqu'on met du fer dans la solution d'ions Cu2+ ? Ecris ton hypothèse et vérifie-là en mettant 10 grains de fer dans un des deux tubes à essai.

On devrait voir apparaître le cuivre sous forme solide et le fer disparaître

Résume en un petit paragraphe comment on fait pour extraire le cuivre d'une roche.

On commence par dissoudre le cuivre à l'intérieur de la roche avec de l'acide et on le réduit avec de la poudre de fer, ce qui va faire réapparaitre le cuivre.

Différencier deux solutions
Parfois, la solution de cuivre(Cu2+) est trop diluée pour qu'on distingue clairement sa couleur. Pour être sûr de la présence du cuivre, on utilise alors de la soude, NaOH. Quand on dissout de la soude dans l'eau, le groupe HO (hydroxyde) arrache un électron à l'atome de sodium.

Quels sont les ions formés ?

Le Sodium va perdre un électron et va donc devenir positif: Na+, le groupe hydroxyde va récupérer un électron et devenir négatif HO-.

On rajoute de la soude dans le tube à essai contenant des ions cuivres.

Comment va évoluer la quantité de OH- :va-t-elle augmenter ou diminuer ?Et le pH ?

Plus une solution contient d'ions hydroxyde(OH-), plus elle sera basique et donc plus le pH sera haut.

Sur ton diagramme, trouve quelle est la transformation du Cu2+ et complète l'équation ci-contre qui explique la formation d'hydroxyde de cuivre: Cu2+ + OH- -> …..

Les ions OH- de plus en plus nombreux vont alors s'associer avec les ions Cu pour former de l'hydroxyde de cuivre.Les ions Cu2+ vont être transformé en ion Cu(OH)2

Met une flèche allant des ions cuivre à l'hydroxyde de cuivre.

La flèche va vers la droite, le pH le plus élevé

Que va-t-observer quand on versera de la soude dans la solution de cuivre ? Ecris ton hypothèse et vérifie-là en versant de la soude dans le tube à essai sans fer.

On va voir apparaître un précipité bleu qui indiquera la présence d'hydroxyde de cuivre

Verse aussi, un peu de soude dans le tube à essai contenant le fer.

Que voit-on apparaître ? Donne la formule de la molécule qui apparaît grâce à son aspect et trouve l'équation de la réaction chimique qui l'a produite.

Fe + 2OH- -> Fe(OH)2

2/ A part la photosynthèse, toute l'énergie chimique récupérée par les êtres vivants passe par l'oxydation des nutriments qu'ils consomment.

Comprendre

Photosynthese et nourriturechangement climatique et cycle du carbonecycle du carboneCarte mentale:plante Prezi: la Plante

Tout ce qui donne de l'énergie à un milieu le rend plus réactif, c'est à dire augmente la possibilité qu'une réaction chimique ait lieu. La température est une source d'énergie, ainsi que la température.

Pour conserver un aliment, il faut éviter que les micro-organismes qu'il contient ou qui l'environnent ne le consomment avant nous. On peut choisir de les tuer(stérilisation,appertisation) ou de limiter leur développement (en les privant de dioxygène, d'eau, de chaleur). On utilise également des conservateurs pour éviter la prolifération des micro-organismes, leurs codes sur les emballages commence par E2.. .Par exemple, E250 désigne le nitrite de sodium.

Des réactions chimiques (des oxydations) peuvent également endommager les aliments, on peut les ralentir voire les empêcher en baissant la température, en enlevant l'un des réactifs (le dioxygène par exemple), en changeant l'acidité du milieu ou en rajoutant des antioxydants(code E3..) qui vont s'oxyder à la place de l'aliment pour le préserver. Par exemple, la vitamine C (ou acide ascorbique,E300) est souvent utilisée pour préserver les aliments de l'oxydation.

Pile
Pile Daniell Electrolyse

L'énergie chimique contenue dans les piles est générée grâce aux réactions d'oxydo-réduction. En effet, à l'un des pôles se trouve une réaction d'oxydation qui va générer des électrons (ce sera donc la borne négative, aussi appelée anode).
A l'autre pôle de la pile (la borne positive,aussi appelée cathode) se trouvera une autre réaction appelée réduction, qui va absorber des électrons. Les électrons ainsi mis en mouvement formeront donc un courant électrique qui n'est rien de plus qu'une circulation de charge électriques.

Oxydation des alcools
oxydation classes alcool oxygène

L'oxygène est un élément très électronégatif, il attire donc fortement les électrons, ce qui en fait un bon oxydant. C'est l'atome le plus présent dans les molécules organiques et, bien souvent, on définira à quel point un élément est oxydé par le nombre de liaisons qu'il a avec l'oxygène.. Pour savoir le nombre d'oxydation (souvent écrit en chiffre romain) d'un atome de carbone , on compte donc simplement le nombre de liaisons qu'il a avec l'oxygène.
Par extension, on pourra dire que la molécule a été oxydée si l'un de ses carbones a développé une nouvelle liaison avec un oxygène. Les liaisons avec l'oxygène vont préférentiellement se substituer aux liaisons C-H qui sont plus faibles que les liaisons C-C.

Appliquer

chaine carbonee oxydation

2/ Exercices

Appliquer

2/ Alcootest 
(10 mn)

Les alcootests chimiques fonctionnent grâce à la réaction de l'ethanol expiré qui va réduire le dichromate. Si le gel devient vert, la quantité d'alcool était suffisante pour être déclarée positif au test.
Les couples red-ox en présences sont : Cr2O72-(s) (orange) / Cr3+(aq) (vert)
CH3COOH(aq)/ CH3CH2OH(g)

Représenter l'alcool et sa forme oxydée.

Equilibrer les demi-équations redox

(1) Cr2O72-+ 14H+ + 6e-= 7H2O + 2Cr3+

CH3COOH= C2H4O2
CH3CH2OH = C2H6O
(2) C2H4O2 + 3H+ + 3e-= C2H6O +H2O

Donner l'équation globale de la réaction

La réaction (1) met 6 électrons en jeu et la réaction (2) en met 3 en jeu. Afin que le nombre d'électrons soit le même dans les réactifs et les produits, on doublera les quantités de la réaction (2).
2C2H6O + 2H2O + Cr2O72-+ 14H+ + 6e-= 2C2H4O2 + 6H+ + 6e- + 7H2O + 2Cr3+

3/ L'énergie chimique est dégagée par des molécules qui se rassemblent sous forme plus stable.

Comprendre

potentiel oxydo-reduction

4/ L'énergie chimique est souvent récupérée grâce aux électrons d'une réaction d'oxydo-réduction.