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Exercice : Oxydo-réduction (Fer + Ions Cuivre)

L'Oxydo-réduction : Transfert d'Électrons

Contexte : L'expérience du clou en fer dans le sulfate de cuivre.

En chimie, nous observons souvent des transformations fascinantes. L'une des plus classiques est de plonger un objet en fer (un clou, de la limaille de fer) dans une solution bleue de sulfate de cuivre (II). Très rapidement, on observe des changements : la solution s'éclaircit et un dépôt d'un autre métal apparaît ! Cette expérience est la preuve visible d'un transfert d'électronsUn processus où des électrons passent d'une espèce chimique (le réducteur) à une autre (l'oxydant). C'est le cœur d'une réaction d'oxydo-réduction., une réaction fondamentale appelée oxydo-réductionUne réaction chimique impliquant un transfert d'électrons. Elle est composée de deux demi-réactions : une oxydation et une réduction..

Remarque Pédagogique : Cet exercice va vous apprendre à "lire" ce qui se passe au niveau atomique. Vous allez décomposer la réaction globale en deux "demi-équations" pour comprendre qui donne les électrons (le réducteurL'espèce chimique qui cède (perd) un ou plusieurs électrons lors d'une réaction d'oxydo-réduction. Il est oxydé.) et qui les reçoit (l'oxydantL'espèce chimique qui capte (gagne) un ou plusieurs électrons lors d'une réaction d'oxydo-réduction. Il est réduit.).


Objectifs Pédagogiques

  • Identifier les réactifs et les produits à partir d'observations.
  • Comprendre la notion d'oxydation (perte d'électrons) et de réduction (gain d'électrons).
  • Savoir écrire les demi-équations pour un couple oxydant/réducteur simple.
  • Identifier l'oxydant et le réducteur dans une réaction.
  • Écrire l'équation bilan d'une réaction d'oxydo-réduction.

Données de l'étude

On introduit de la limaille de fer (\(Fe_{\text{(s)}}\)) dans un bécher contenant une solution de sulfate de cuivre (II), de formule (\(Cu^{2+}_{\text{(aq)}} + {SO_4}^{2-}_{\text{(aq)}}\)). Cette solution est de couleur bleue.

Fiche Technique
Caractéristique Valeur
Réactif 1 Fer métallique (\(Fe_{\text{(s)}}\)), un solide gris.
Réactif 2 Solution de sulfate de cuivre (II) (\(Cu^{2+}_{\text{(aq)}} + {SO_4}^{2-}_{\text{(aq)}}\)), un liquide bleu.
Ion spectateur L'ion sulfate (\({SO_4}^{2-}\)) ne participe pas à la réaction.
Schéma de l'Expérience
Schéma de l'expérience : Avant et Après 1. Avant (t=0) Solution Bleue Cu2+ Fer (Fe) Réaction 2. Après (t > 0) Solution Verdâtre Fe2+ Dépôt Cuivre (Cu)
Nom du Paramètre Description ou Formule Symbole Valeur (pour info)
Atome de Fer métal gris, neutre \(Fe\) Masse molaire: 55,8 g/mol
Ion Fer (II) Ion en solution, verdâtre \(Fe^{2+}\) A perdu 2 électrons
Atome de Cuivre Métal rouge-orangé, neutre \(Cu\) Masse molaire: 63,5 g/mol
Ion Cuivre (II) Ion en solution, bleu \(Cu^{2+}\) A perdu 2 électrons

Questions à traiter

  1. Décrire les observations de l'expérience (ce qu'on voit changer).
  2. Quels sont les réactifs (espèces qui disparaissent) et les produits (espèces qui apparaissent) ?
  3. Écrire la demi-équation qui montre la transformation de l'atome de fer (\(Fe\)) en ion fer (II) (\(Fe^{2+}\)). Est-ce une oxydation ou une réduction ?
  4. Écrire la demi-équation qui montre la transformation de l'ion cuivre (II) (\(Cu^{2+}\)) en atome de cuivre (\(Cu\)). Est-ce une oxydation ou une réduction ?
  5. En déduire l'équation bilan de la réaction. Identifier l'oxydant et le réducteur dans cette transformation.

Les bases sur l'Oxydo-Réduction

Une réaction d'oxydo-réduction est une réaction chimique au cours de laquelle se produit un transfert d'électrons (\(e^{-}\)) entre les réactifs.

1. Oxydation et Réducteur
Une oxydationUne réaction de perte d'électrons. Moyen mnémotechnique : Oxydation commence comme "Oubli" (oubli/perte d'électrons). est une perte d'électrons. L'espèce chimique qui perd des électrons est appelée le réducteurL'espèce chimique qui cède (perd) un ou plusieurs électrons. Il est oxydé.. \[ \text{Réducteur} \Rightarrow \text{Oxydant} + n e^{-} \] (Exemple : \(Fe \Rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}\))

2. Réduction et Oxydant
Une réductionUne réaction de gain d'électrons. Moyen mnémotechnique : Réduction rime avec "Réception" (réception/gain d'électrons). est un gain d'électrons. L'espèce chimique qui gagne des électrons est appelée l'oxydantL'espèce chimique qui capte (gagne) un ou plusieurs électrons. Il est réduit.. \[ \text{Oxydant} + n e^{-} \Rightarrow \text{Réducteur} \] (Exemple : \(Cu^{2+} + 2e^{-} \Rightarrow Cu\))


Correction :L'Oxydo-réduction : Transfert d'Électrons

Question 1 : Décrire les observations de l'expérience (ce qu'on voit changer).

Principe

Le principe ici est de traduire ce que nos sens (principalement la vue) perçoivent en langage descriptif. Un changement de couleur ou la formation d'un solide sont les preuves visibles qu'une transformation chimique a lieu.

Mini-Cours

En chimie, de nombreuses solutions ioniques sont colorées. C'est un indice précieux !

  • Les ions cuivre (II) \(Cu^{2+}\)Cation (ion positif) formé lorsque l'atome de cuivre perd 2 électrons. C'est lui qui donne la couleur bleue à la solution. donnent une couleur bleue à l'eau.
  • Les ions fer (II) \(Fe^{2+}\) donnent une couleur verdâtre à l'eau.
Les métaux ont aussi des couleurs distinctes : le cuivre \(Cu\) est rouge-orangé, le fer \(Fe\) est gris.

Remarque Pédagogique

Faites toujours confiance à vos observations. Si la couleur bleue (due aux ions \(Cu^{2+}\)) disparaît, cela signifie que ces ions sont consommés. S'il se forme un dépôt rouge-orangé (couleur du cuivre \(Cu\)), cela signifie que des atomes de cuivre sont produits.

Hypothèses

Nous supposons que les couleurs observées sont bien celles des espèces chimiques attendues (le bleu pour \(Cu^{2+}\), le rouge-orangé pour \(Cu\), etc.) et qu'il n'y a pas d'autres réactions parasites.

Donnée(s)

Les données sont visuelles :

  • État initial : Liquide bleu + Solide gris (fer).
  • État final : Liquide devient plus clair (voire verdâtre) + un dépôt rouge-orangé se forme sur le fer.

Astuces

Une astuce simple : "disparaît" = réactif ; "apparaît" = produit.

Schéma

Le schéma ci-dessous résume les observations visuelles clés : le changement de couleur de la solution et la formation d'un nouveau solide. Il compare l'état initial (Avant) à l'état final (Après).

Schéma des Observations (Avant/Après)
Comparaison visuelle Avant et Après la réaction AVANT Solution Bleue Cu2+ Fer (Fe) Réaction APRÈS Solution Verdâtre Fe2+ Dépôt (Cu)
Réflexions

Les observations prouvent qu'une transformation a eu lieu : le fer (\(Fe\)) et les ions cuivre (\(Cu^{2+}\)) ont réagi ensemble. Le fer s'est transformé (il a "disparu" en tant que \(Fe\) solide) et les ions cuivre aussi (la couleur bleue a disparu). De nouvelles espèces sont apparues : du cuivre (\(Cu\)) solide et des ions \(Fe^{2+}\) (couleur verte).

Points de vigilance

Ne pas confondre l'atome de cuivre \(Cu\) (métal rouge-orangé, solide, neutre) et l'ion cuivre \(Cu^{2+}\) (en solution, bleu, chargé positivement).

Points à retenir

Un changement de couleur et/ou la formation/disparition d'un solide sont les signes d'une transformation chimique.

Le saviez-vous ?

Cette réaction était utilisée autrefois pour fabriquer du cuivre. On faisait passer des solutions de sulfate de cuivre (issues de certaines mines) sur de la ferraille. Le fer, moins "noble", prenait la place du cuivre en solution, et le cuivre métallique se déposait.

Résultat Final
On observe que la solution bleue s'éclaircit (et devient verdâtre) et qu'un dépôt solide de couleur rouge-orangé se forme sur la limaille de fer.
Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 1 :

  • Observation 1 : Disparition couleur bleue (Disparition \(Cu^{2+}\))
  • Observation 2 : Apparition dépôt rouge (Apparition \(Cu\))
  • Observation 3 : Apparition couleur verte (Apparition \(Fe^{2+}\))

Question 2 : Quels sont les réactifs (espèces qui disparaissent) et les produits (espèces qui apparaissent) ?

Principe

Les réactifs sont les espèces chimiques présentes au début (état initial) et qui sont consommées pendant la transformation. Les produits sont les espèces qui sont formées (elles n'étaient pas là au début, ou en moindre quantité).

Mini-Cours

Dans une équation chimique, on écrit toujours : \[ \text{Réactif 1} + \text{Réactif 2} \rightarrow \text{Produit 1} + \text{Produit 2} \] Ce qui est à gauche de la flèche disparaît, ce qui est à droite apparaît.

Remarque Pédagogique

On se base directement sur les observations de la question 1.

  • Ce qui disparaît (visiblement) : La couleur bleue (donc l'ion \(Cu^{2+}\)) et le fer \(Fe\) (qui est "rongé" par la réaction).
  • Ce qui apparaît : Le dépôt rouge (donc le cuivre \(Cu\)) et la couleur verte (donc l'ion \(Fe^{2+}\)).

Hypothèses

On fait l'hypothèse que l'ion sulfate (\({SO_4}^{2-}\)) est "spectateur" : il est présent au début et à la fin, mais ne réagit pas. Il n'est donc ni un réactif, ni un produit.

Donnée(s)

Données de l'énoncé et de la Q1 :

  • Début : \(Fe_{\text{(s)}}\) et \(Cu^{2+}_{\text{(aq)}}\) (et \({SO_4}^{2-}_{\text{(aq)}}\))
  • Fin : \(Cu_{\text{(s)}}\) et \(Fe^{2+}_{\text{(aq)}}\) (et \({SO_4}^{2-}_{\text{(aq)}}\))

Astuces

Ne mettez jamais les ions spectateurs (comme \({SO_4}^{2-}\)) dans la liste des réactifs ou des produits qui participent à la transformation. Ils sont juste là pour assurer la neutralité électrique de la solution.

Réflexions

Nous avons bien identifié un "échange". L'atome de fer \(Fe\) est devenu l'ion \(Fe^{2+}\). L'ion \(Cu^{2+}\) est devenu l'atome \(Cu\). C'est la définition d'un transfert : le fer a pris la place du cuivre en solution.

Points de vigilance

Attention à bien inclure les charges des ions ! \(Cu\) et \(Cu^{2+}\) ne sont pas la même chose. L'un est un atome (métal), l'autre est un ion (en solution).

Points à retenir
  • Réactifs : Espèces consommées (ex: \(Fe\) et \(Cu^{2+}\)).
  • Produits : Espèces formées (ex: \(Fe^{2+}\) et \(Cu\)).
Le saviez-vous ?

Les ions sulfate \({SO_4}^{2-}\) sont appelés "ions spectateurs" car ils regardent la réaction se faire sans y participer, un peu comme un spectateur lors d'un match de foot !

Résultat Final
Les réactifs sont le fer métallique (\(Fe_{\text{(s)}}\)) et les ions cuivre (II) (\(Cu^{2+}_{\text{(aq)}}\)).
Les produits sont le cuivre métallique (\(Cu_{\text{(s)}}\)) et les ions fer (II) (\(Fe^{2+}_{\text{(aq)}}\)).
Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 2 :

  • Réactifs : \(Fe_{\text{(s)}}\) et \(Cu^{2+}_{\text{(aq)}}\)
  • Produits : \(Fe^{2+}_{\text{(aq)}}\) et \(Cu_{\text{(s)}}\)

Question 3 : Écrire la demi-équation qui montre la transformation de \(Fe\) en \(Fe^{2+}\). Est-ce une oxydation ou une réduction ?

Principe

Cette question demande d'isoler une partie de la réaction : la transformation d'un atome (le fer) en ion. Pour cela, on doit écrire une équation qui respecte la conservation de la matière (l'atome de fer) et la conservation de la charge électrique. C'est là que les électrons (\(e^{-}\)) entrent en jeu.

Mini-Cours

L'atome de Fer (\(Fe\)) est électriquement neutre (charge 0). L'ion Fer (II) (\(Fe^{2+}\)) a une charge de +2. Pour passer de 0 à +2, il faut enlever une charge négative. Plus précisément, il faut enlever deux charges négatives, portées by deux électrons (\(e^{-}\)).

Remarque Pédagogique

Pour équilibrer \(Fe \Rightarrow Fe^{2+}\), on se demande : où mettre les électrons (\(e^{-}\)) ?

Donnée(s)

Données du problème : Réactif = \(Fe\) (charge 0). Produit = \(Fe^{2+}\) (charge +2).

CaractéristiqueValeur
RéactifAtome de Fer (\(Fe\)) - Charge 0
ProduitIon Fer (II) (\(Fe^{2+}\)) - Charge +2
Astuces

Oxydation = Perte d'électrOns. (Moyen mnémotechnique : Oubli d'électrons).
Le fer \(Fe\) *perd* 2 électrons pour devenir \(Fe^{2+}\). C'est donc une oxydation.

Schéma (Avant les calculs)

On visualise l'atome de fer, électriquement neutre, avant qu'il ne réagisse.

Schéma (Avant) : Atome de Fer
Atome de Fer (Fe) neutre Fe Atome de Fer (neutre) Charge = 0
Calcul(s)

Étape 1 : Équilibrage de la matière (atomes)

\[ Fe \Rightarrow Fe^{2+} \]

(1 atome de Fer à gauche, 1 atome de Fer à droite. C'est bon.)

Étape 2 : Bilan des charges initiales

\[ \text{Charge à gauche} = 0 \]
\[ \text{Charge à droite} = +2 \]

Pour équilibrer, on doit ajouter 2 charges négatives (\(2e^{-}\)) du côté droit.

Étape 3 : Équation finale équilibrée

\[ Fe \Rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-} \]

Vérification des charges finales

Charge à gauche :

\[ \text{Charge} = 0 \]

Charge à droite :

\[ \begin{aligned} \text{Charge} &= (+2) + (2 \times -1) \\ &= +2 - 2 \\ &= 0 \end{aligned} \]

(Les charges sont bien équilibrées : 0 = 0)

Schéma (Après les calculs)

L'atome de fer s'est transformé en ion fer (II) en libérant deux électrons.

Schéma (Après) : Oxydation en Ion Fer (II)
Oxydation du Fer en ion Fe2+ Fe2+ Ion Fer (II) Charge = +2 e- e- 2 e- libérés
Réflexions

Le fer \(Fe\) a cédé 2 électrons. Il a subi une oxydation. Par définition, l'espèce qui subit une oxydation (celle qui donne les électrons) est le réducteur. Donc, \(Fe\) est le réducteur du couple (\(Fe^{2+}/Fe\)).

Points de vigilance

Ne jamais écrire \(Fe \Rightarrow Fe^{2+} - 2e^{-}\). En chimie, on n'écrit que des additions. Les électrons perdus sont écrits comme un produit, du côté droit de la flèche.

Points à retenir
  • La demi-équation d'oxydation du fer est \(Fe \Rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}\).
  • Une perte d'électrons (électrons à droite) est une OXYDATION.
Le saviez-vous ?

C'est exactement cette réaction (une oxydation) qui se produit lorsque le fer rouille ! Le fer métallique (\(Fe\)) réagit avec l'oxygène (\(O_2\)) de l'air pour former des ions (comme \(Fe^{3+}\)) dans la rouille. La rouille est une oxydation du fer.

FAQ

Questions fréquentes pour cette étape.

Résultat Final
La demi-équation est : \(Fe_{\text{(s)}} \Rightarrow Fe^{2+}_{\text{(aq)}} + 2e^{-}\).
Comme le fer (\(Fe\)) perd des électrons, il s'agit d'une oxydation.

A vous de jouer

Pour la demi-équation \(Fe \Rightarrow Fe^{3+} + ... e^{-}\), quel est le nombre d'électrons manquant ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 3 :

  • Transformation : \(Fe \Rightarrow Fe^{2+}\)
  • Demi-équation : \(Fe \Rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}\)
  • Type : Oxydation (perte d'électrons)

Question 4 : Écrire la demi-équation qui montre la transformation de \(Cu^{2+}\) en \(Cu\). Est-ce une oxydation ou une réduction ?

Principe

Ici, on s'intéresse à l'autre moitié de la réaction : la transformation d'un ion (le cuivre II) en atome. Comme pour l'autre demi-équation, nous devons équilibrer la matière et la charge en utilisant des électrons (\(e^{-}\)). Cette fois, l'ion va *capter* les électrons.

Mini-Cours

L'ion Cuivre (II) (\(Cu^{2+}\)) a une charge de +2. L'atome de Cuivre (\(Cu\)) est électriquement neutre (charge 0). Pour passer de +2 à 0, il faut ajouter une charge négative. Plus précisément, il faut ajouter deux charges négatives, portées par deux électrons (\(e^{-}\)).

Remarque Pédagogique

Pour équilibrer \(Cu^{2+} \Rightarrow Cu\), on se demande : où mettre les électrons (\(e^{-}\)) ?

Donnée(s)

Données du problème : Réactif = \(Cu^{2+}\) (charge +2). Produit = \(Cu\) (charge 0).

CaractéristiqueValeur
RéactifIon Cuivre (II) (\(Cu^{2+}\)) - Charge +2
ProduitAtome de Cuivre (\(Cu\)) - Charge 0
Astuces

Réduction = Gain d'électrons (ou Réception d'électrons).
L'ion \(Cu^{2+}\) *gagne* 2 électrons pour devenir \(Cu\). C'est donc une réduction.

Schéma (Avant les calculs)

On visualise l'ion cuivre (II), chargé positivement, qui s'apprête à capter deux électrons.

Schéma (Avant) : Réduction de l'Ion Cuivre (II)
Réduction de l'ion Cu2+ Cu2+ Ion Cuivre (II) Charge = +2 e- e- 2 e- captés
Calcul(s)

Étape 1 : Équilibrage de la matière (atomes)

\[ Cu^{2+} \Rightarrow Cu \]

(1 atome de Cuivre à gauche, 1 atome de Cuivre à droite. C'est bon.)

Étape 2 : Bilan des charges initiales

\[ \text{Charge à gauche} = +2 \]
\[ \text{Charge à droite} = 0 \]

Pour équilibrer, on doit ajouter 2 charges négatives (\(2e^{-}\)) du côté gauche.

Étape 3 : Équation finale équilibrée

\[ Cu^{2+} + 2e^{-} \Rightarrow Cu \]

Vérification des charges finales

Charge à gauche :

\[ \begin{aligned} \text{Charge} &= (+2) + (2 \times -1) \\ &= +2 - 2 \\ &= 0 \end{aligned} \]

Charge à droite :

\[ \text{Charge} = 0 \]

(Les charges sont bien équilibrées : 0 = 0)

Schéma (Après les calculs)

L'ion cuivre (II) a capté les électrons et s'est transformé en atome de cuivre neutre (le dépôt solide).

Schéma (Après) : Atome de Cuivre
Atome de Cuivre (Cu) neutre Cu Atome de Cuivre (neutre) Charge = 0
Réflexions

L'ion \(Cu^{2+}\) a capté 2 électrons. Il a subi une réduction. Par définition, l'espèce qui subit une réduction (celle qui capte les électrons) est l'oxydant. Donc, \(Cu^{2+}\) est l'oxydant du couple (\(Cu^{2+}/Cu\)).

Points de vigilance

Les électrons sont des réactifs dans une réduction : ils sont consommés. Ils doivent donc être à gauche de la flèche.

Points à retenir
  • La demi-équation de réduction du cuivre est \(Cu^{2+} + 2e^{-} \Rightarrow Cu\).
  • Un gain d'électrons (électrons à gauche) est une RÉDUCTION.
Le saviez-vous ?

Cette réaction de réduction est utilisée en bijouterie pour la "galvanoplastie" : on peut recouvrir un objet d'une fine couche de cuivre (ou d'or, d'argent) en forçant les ions métalliques en solution (\(Cu^{2+}\)) à accepter des électrons (fournis par un courant électrique) pour se déposer sous forme de métal (\(Cu\)) sur l'objet.

FAQ

Questions fréquentes pour cette étape.

Résultat Final
La demi-équation est : \(Cu^{2+}_{\text{(aq)}} + 2e^{-} \Rightarrow Cu_{\text{(s)}}\).
Comme l'ion cuivre (\(Cu^{2+}\)) gagne des électrons, il s'agit d'une réduction.

A vous de jouer

Pour la demi-équation de réduction du chlore \(Cl_2 + ... e^{-} \Rightarrow 2Cl^-\), quel est le nombre d'électrons manquant ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 4 :

  • Transformation : \(Cu^{2+} \Rightarrow Cu\)
  • Demi-équation : \(Cu^{2+} + 2e^{-} \Rightarrow Cu\)
  • Type : Réduction (gain d'électrons)

Question 5 : En déduire l'équation bilan. Identifier l'oxydant et le réducteur.

Principe

L'équation bilan représente la réaction complète. On l'obtient en additionnant les deux demi-équations (l'oxydation et la réduction). Le but est de "faire disparaître" les électrons, car ils ne sont qu'un intermédiaire : ils sont produits par l'un et consommés par l'autre, donc ils ne doivent pas apparaître dans le bilan final.

Mini-Cours

Pour que les électrons s'annulent, il faut qu'il y ait autant d'électrons produits par l'oxydation que d'électrons consommés par la réduction.

  • OxydantL'espèce chimique qui capte (gagne) un ou plusieurs électrons. Il est réduit. : Espèce qui subit la réduction (ex: \(Cu^{2+}\)).
  • RéducteurL'espèce chimique qui cède (perd) un ou plusieurs électrons. Il est oxydé. : Espèce qui subit l'oxydation (ex: \(Fe\)).

Remarque Pédagogique

On additionne "membre à membre" : tout ce qui est à gauche des flèches des demi-équations se retrouve à gauche de la flèche bilan. Tout ce qui est à droite se retrouve à droite.

Normes

Une équation bilan doit être équilibrée en matière ET en charge. C'est une vérification essentielle.

Formule(s)

Demi-équation d'oxydation (perte d'électrons)

\[ Fe \Rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-} \]

Demi-équation de réduction (gain d'électrons)

\[ Cu^{2+} + 2e^{-} \Rightarrow Cu \]

Addition pour le bilan (avant simplification)

\[ Fe + Cu^{2+} + 2e^{-} \Rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-} + Cu \]
Schéma (Avant les calculs)

Nous avons les deux "morceaux" de la réaction (les deux demi-équations). Il ne reste plus qu'à les assembler. Le schéma montre les deux réactifs, le réducteur (\(Fe\)) et l'oxydant (\(Cu^{2+}\)), prêts à échanger des électrons.

Schéma du Transfert d'Électrons (Avant)
Réactifs : Réducteur (Fe) et Oxydant (Cu2+) Fe (Réducteur) Cu2+ (Oxydant)
Calcul(s)

Étape 1 : Vérification des électrons

L'oxydation libère 2 électrons :

\[ Fe \Rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-} \]

La réduction consomme 2 électrons :

\[ Cu^{2+} + 2e^{-} \Rightarrow Cu \]

Le nombre d'électrons (2) est le même des deux côtés. On peut les additionner.

Étape 2 : Addition des demi-équations

\[ (Fe) + (Cu^{2+} + 2e^{-}) \Rightarrow (Fe^{2+} + 2e^{-}) + (Cu) \]

On simplifie les \(2e^{-}\) qui sont des deux côtés :

Étape 3 : Équation bilan finale

\[ Fe + Cu^{2+} \Rightarrow Fe^{2+} + Cu \]

Étape 4 : Vérification de la matière

Gauche : 1 Fe, 1 Cu. Droite : 1 Fe, 1 Cu. (OK)

Étape 5 : Vérification des charges

Charge à gauche :

\[ \begin{aligned} \text{Charge} &= 0 + (+2) \\ &= +2 \end{aligned} \]

Charge à droite :

\[ \begin{aligned} \text{Charge} &= (+2) + 0 \\ &= +2 \end{aligned} \]

(Les charges sont bien équilibrées : +2 = +2)

Schéma (Après les calculs)

On peut visualiser le transfert : 2 électrons partent du \(Fe\) (qui devient \(Fe^{2+}\)) et vont directement sur le \(Cu^{2+}\) (qui devient \(Cu\)).

Schéma du Transfert d'Électrons (Pendant/Après)
Transfert d'électrons du Fe vers le Cu2+ Fe2+ (Produit) Cu (Produit) 2 e-
Réflexions

L'équation bilan \(Fe + Cu^{2+} \Rightarrow Fe^{2+} + Cu\) résume parfaitement nos observations : le réactif \(Fe\) et le réactif \(Cu^{2+}\) (bleu) se transforment en produit \(Fe^{2+}\) (vert) et en produit \(Cu\) (rouge-orangé).
Identification :

  • Le réducteur est l'espèce qui donne les électrons (subit l'oxydation) : c'est \(Fe\).
  • L'oxydant est l'espèce qui capte les électrons (subit la réduction) : c'est \(Cu^{2+}\).

Points de vigilance

Assurez-vous toujours que le nombre d'électrons perdus dans l'oxydation est ÉGAL au nombre d'électrons gagnés dans la réduction. Si ce n'est pas le cas (ex: 1 \(e^{-}\) perdu et 2 \(e^{-}\) gagnés), il faut multiplier l'une des demi-équations par un coefficient (ex: multiplier la première par 2) avant d'additionner.

Points à retenir
  • L'équation bilan s'obtient en additionnant les deux demi-équations.
  • Les électrons (\(e^{-}\)) doivent s'annuler et ne pas apparaître dans le bilan.
  • Oxydant = capte \(e^{-}\) (Ex: \(Cu^{2+}\)). Réducteur = cède \(e^{-}\) (Ex: \(Fe\)).
Le saviez-vous ?

Les piles (comme la pile Daniell) fonctionnent exactement sur ce principe ! On sépare physiquement les deux demi-réactions (le \(Fe\) dans un bécher, le \(Cu^{2+}\) dans un autre) et on force les électrons à passer par un fil électrique pour aller du réducteur à l'oxydant. Ce flux d'électrons dans le fil, c'est le courant électrique !

FAQ

Questions fréquentes pour cette étape.

Résultat Final
L'équation bilan de la réaction est : \(Fe_{\text{(s)}} + Cu^{2+}_{\text{(aq)}} \Rightarrow Fe^{2+}_{\text{(aq)}} + Cu_{\text{(s)}}\).
L'oxydant est l'ion cuivre (II) \(Cu^{2+}\).
Le réducteur est le fer \(Fe\).

A vous de jouer

Dans la réaction bilan \(Zn_{\text{(s)}} + 2Ag^+_{\text{(aq)}} \Rightarrow Zn^{2+}_{\text{(aq)}} + 2Ag_{\text{(s)}}\), combien d'électrons sont transférés au total ? (Indice : regardez la charge du \(Zn\) qui devient \(Zn^{2+}\)).

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 5 :

  • Bilan : \(Fe + Cu^{2+} \Rightarrow Fe^{2+} + Cu\)
  • Oxydant (capte \(e^{-}\)) : \(Cu^{2+}\)
  • Réducteur (cède \(e^{-}\)) : \(Fe\)

Outil Interactif : Simulateur de Réaction

Utilisez les curseurs pour définir les quantités initiales de réactifs (en millimoles, mmol). Le simulateur calcule la quantité de produits formés et identifie le réactif limitant (celui qui s'épuise en premier).

Paramètres d'Entrée
10 mmol
8 mmol
Résultats Clés
Cuivre \(Cu\) formé (mmol) -
Réactif Limitant -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Qu'est-ce qu'une oxydation ?

2. Dans la demi-équation \(Zn \Rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}\), le zinc (\(Zn\)) est...

3. Qu'est-ce qu'un réducteur ?

4. La couleur bleue de la solution de sulfate de cuivre est due...

5. Dans l'équation bilan \(Fe + Cu^{2+} \Rightarrow Fe^{2+} + Cu\), quel est l'oxydant ?


Glossaire

Demi-équation
Équation qui représente soit l'oxydation, soit la réduction, en montrant explicitement les électrons (\(e^{-}\)) gagnés ou perdus.
Électron
Particule fondamentale de la matière portant une charge électrique négative, notée \(e^{-}\).
Ion
Atome ou groupe d'atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, et portant donc une charge électrique (ex: \(Cu^{2+}\), \(Fe^{2+}\), \({SO_4}^{2-}\)).
Oxydant
Espèce chimique (atome, ion...) capable de capter (gagner) un ou plusieurs électrons. Il subit une réduction.
Oxydation
Réaction chimique au cours de laquelle une espèce perd un ou plusieurs électrons. (Moyen mnémotechnique: Oxydation = Oubli/Perte d'électrons).
Oxydo-réduction
Réaction impliquant un transfert d'électrons entre un oxydant et un réducteur.
Réducteur
Espèce chimique (atome, ion...) capable de céder (perdre) un ou plusieurs électrons. Il subit une oxydation.
Réduction
Réaction chimique au cours de laquelle une espèce gagne un ou plusieurs électrons. (Moyen mnémotechnique: Réduction = Réception/Gain d'électrons).
Exercice : Oxydo-réduction (Fer + Ions Cuivre)

D’autres exercices de chimie 3 ème :