Réaction entre l’ion fer(II) et le dichromate

Pour obtenir l'équation bilan, on combine les demi-équations de manière à ce que le nombre d'électrons échangés soit le même dans les deux.

Demi-équations :

• Oxydation : \(Fe^{2+}(aq) \longrightarrow Fe^{3+}(aq) + e^-\) (à multiplier par 6)
• Réduction : \(Cr_2O_7^{2-}(aq) + 14H^+(aq) + 6e^- \longrightarrow 2Cr^{3+}(aq) + 7H_2O(l)\) (x1)

En multipliant la première demi-équation par 6, on obtient :

En additionnant les deux demi-équations ajustées, les électrons s'annulent :

La quantité de matière \(n\) d'une espèce en solution est donnée par \(n = C \times V\), où \(C\) est la concentration molaire et \(V\) le volume de la solution. Attention à convertir les volumes en Litres (L).

Données pour les ions dichromate :

• \(C_1 = 0.050 \text{ mol/L}\)
• \(V_1 = 20.0 \text{ mL} = 0.0200 \text{ L}\)

Données pour les ions fer(II) :

• \(C_2 = 0.20 \text{ mol/L}\)
• \(V_2 = 30.0 \text{ mL} = 0.0300 \text{ L}\)

Quantité initiale d'ions dichromate (\(n_1 = n(Cr_2O_7^{2-})_i\)) :

Quantité initiale d'ions fer(II) (\(n_2 = n(Fe^{2+})_i\)) :

Pour trouver le réactif limitant, on compare le rapport de la quantité de matière initiale de chaque réactif à son coefficient stœchiométrique dans l'équation bilan. L'équation bilan est : \(Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6Fe^{2+} \longrightarrow \dots\) Les coefficients stœchiométriques sont 1 pour \(Cr_2O_7^{2-}\) et 6 pour \(Fe^{2+}\). Les ions \(H^+\) sont en excès.

Hypothèse 1 : \(Cr_2O_7^{2-}\) est le réactif limitant.

Hypothèse 2 : \(Fe^{2+}\) est le réactif limitant.

Les deux hypothèses donnent la même valeur pour l'avancement maximal. Cela signifie que les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Les deux réactifs seront donc entièrement consommés.

On dresse le tableau d'avancement de la réaction. \(x\) est l'avancement en moles. Les ions \(H^+\) et l'eau sont en excès et ne sont pas inclus pour simplifier le tableau concernant les réactifs limitants et les produits d'intérêt.

D'après le tableau d'avancement, la quantité de matière d'ions \(Fe^{3+}\) formés est \(n(Fe^{3+})_f = 6x_{max}\). Le volume total du mélange est \(V_{total} = V_1 + V_2\).

Données :

• \(x_{max} = 1.0 \times 10^{-3} \text{ mol}\)
• \(V_1 = 0.0200 \text{ L}\)
• \(V_2 = 0.0300 \text{ L}\)

Quantité de \(Fe^{3+}\) formé :

Volume total :

Concentration finale des ions \(Fe^{3+}\) :

D'après le tableau d'avancement, la quantité de matière d'ions \(Cr^{3+}\) formés est \(n(Cr^{3+})_f = 2x_{max}\). La masse est ensuite calculée par \(m = n \times M\).

Données :

• \(x_{max} = 1.0 \times 10^{-3} \text{ mol}\)
• \(M(Cr) = 52.0 \text{ g/mol}\)

Quantité de \(Cr^{3+}\) formé :

Masse d'ions \(Cr^{3+}\) formés :

Réponses Correctes :

Question 1 : b) Capte des électrons.

Question 2 : b) Est totalement consommé à la fin de la réaction.

Question 3 : c) \(3 \times x_{max}\).

Question 4 : b) mol/L.

Oxydant :

Espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons au cours d'une réaction d'oxydo-réduction. L'oxydant est réduit.

Réducteur :

Espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons au cours d'une réaction d'oxydo-réduction. Le réducteur est oxydé.

Couple Oxydant/Réducteur (Redox) :

Ensemble formé par un oxydant et le réducteur conjugué (ou vice-versa) qui peuvent se transformer l'un en l'autre par gain ou perte d'électrons.

Demi-équation Électronique :

Équation qui représente la transformation d'un oxydant en son réducteur conjugué (ou l'inverse), en faisant apparaître les électrons échangés.

Équation Bilan (d'Oxydo-réduction) :

Équation chimique qui représente la réaction globale entre un oxydant et un réducteur, obtenue en combinant les demi-équations de manière à ce que les électrons n'apparaissent plus.

Quantité de Matière (n) :

Grandeur physique qui représente le nombre d'entités élémentaires (atomes, ions, molécules) présentes dans un échantillon. Unité SI : mole (mol).

Concentration Molaire (C) :

Quantité de matière de soluté par litre de solution. Unité : mole par litre (mol/L).

Réactif Limitant :

Réactif qui est entièrement consommé en premier lors d'une réaction chimique et qui détermine la quantité maximale de produits pouvant être formés.

Avancement (\(x\)) :

Grandeur, exprimée en moles, qui permet de suivre l'évolution des quantités de matière des réactifs et des produits au cours d'une réaction chimique.

Tableau d'Avancement :

Tableau qui récapitule les quantités de matière des espèces chimiques à l'état initial, en cours de réaction (en fonction de \(x\)), et à l'état final (pour \(x_{max}\)).