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Écrire l'équation associée à une réaction d'oxydoréduction

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Objectifs

Identifier le transfert d’électrons entre deux réactifs et le modéliser par des demi-équations électroniques et par une réaction d’oxydoréduction.
Établir une équation de la réaction entre un oxydant et un réducteur, les couples oxydant/réducteur étant donnés.

Points clés

Un oxydant est une espèce chimique qui capte les électrons.
Un réducteur est une espèce chimique qui cède des électrons.
Un couple oxydant/réducteur s’écrit toujours en commençant par l’oxydant.
Une demi-équation d’oxydoréduction est une oxydation ou une réduction.
La réaction d’oxydoréduction entre 2 couples met en jeu un échange d’électrons entre l’oxydant qui appartient à un couple et le réducteur qui appartient à l’autre couple.

Pour bien comprendre

Atomes, ions, charge d'un ion ou d'un composé ionique
Coefficients stoechiométriques et équilibre d’une réaction chimique

1. Notions générales

a. Oxydant et réducteur

Un réducteur est une espèce chimique qui va céder un ou plusieurs électrons.
Un oxydant est une espèce chimique qui va capter un ou plusieurs électrons.

Il existe 2 types de demi-équation d’oxydoréduction : les oxydations et les réductions.

Lors d’une oxydation, un réducteur va céder un ou plusieurs électrons pour se transformer en oxydant.

réducteur = oxydant + ne^–

Le nombre d’électrons permet d'équilibrer les charges entre les deux côtés de l'équation.

Exemples

La réaction qui fait intervenir la transformation du réducteur Ag en oxydant Ag⁺ est :
Ag = Ag⁺ + e^–.
La réaction qui fait intervenir la transformation du réducteur Cu en oxydant Cu²⁺ est :
Cu = Cu²⁺ + 2e^–.

Lors d’une réduction, un oxydant va capter un ou plusieurs électrons pour se transformer en réducteur.

oxydant + ne^– = réducteur

Exemple
La réaction qui fait intervenir la transformation de l’oxydant Ag⁺ en réducteur Ag est :

Ag⁺ + e^– = Ag.

b. Couple oxydant/réducteur

Un couple oxydant/réducteur est l’ensemble d’un oxydant et d’un réducteur conjugués, qui se transforment l’un en l’autre lors d’un échange d’électrons.
Cette transformation se réalise selon une demi-équation d’oxydoréduction.

On écrit toujours l’oxydant en premier, séparé du réducteur par une barre.

Exemples

Le couple d’oxydoréduction de l’élément cuivre s'écrit Cu²⁺ / Cu.
L’oxydant est l’ion Cu²⁺ et le réducteur qui lui est associé est le métal cuivre Cu.
Couple Fe³⁺ / Fe²⁺ : l'oxydant est l'ion Fe³⁺ et le réducteur est l'ion Fe²⁺.
L'oxydant et le réducteur du couple appartiennent au même élément, ici l'élément fer.

c. Cas particulier des couples avec des molécules

Le couple H⁺(aq) / H₂(g)

L'ion hydrogène H⁺ est l'oxydant et le dihydrogène gazeux H₂(g) est le réducteur.

Il faut suivre les étapes suivantes pour écrire la demi-équation associée à ce couple.

Méthode

Écrire la demi-équation (réduction ou oxydation selon ce qui est demandé, ici on écrit la réduction) sans équilibrer.
H⁺(aq) + e^– H₂(g)
Équilibrer ensuite les atomes d’hydrogène.
2H⁺(aq) + e^– H₂(g)
Équilibrer les charges grâce aux électrons, en neutralisant les 2 charges positives de H⁺.
2H⁺(aq) + 2e^– H₂(g)

Remarques
On a pris soin d’équilibrer les atomes et les charges de chaque côté de l’équation.
Il faut aussi préciser l’état physique des réactifs et des produits :

(s) pour solide ;
(l) pour liquide ;
(g) pour gaz ;
(aq) pour les ions en solutions aqueuses.

Le couple MnO

/ Mn²⁺

L'ion permanganate MnO est l'oxydant et l'ion manganèse Mn²⁺ est le réducteur.

Il faut suivre les étapes suivantes pour écrire la demi-équation associée à ce couple.

Méthode

Écrire la demi-équation (réduction ou oxydation selon ce qui est demandé, ici on écrit la réduction) sans équilibrer.
MnO(aq) + e^– Mn²⁺(aq)
Pour équilibrer les atomes d’oxygène, ajouter autant de molécules d'eau H₂O que nécessaire du côté où l'élément oxygène est déficitaire.
MnO(aq) + e^– Mn²⁺(aq) + 4H₂O(l)
Si on ajoute des molécules d'eau, il vient en plus l'élément hydrogène.
Il faut alors équilibrer avec autant d’ions hydrogène H⁺ que nécessaire du côté où il est absent.
MnO(aq) + 8H⁺(aq) + e^– Mn²⁺(aq) + 4H₂O(l)
La demi-équation doit enfin être équilibrée électriquement.
Il y a ici :
- 7 charges positives « à gauche » sans compter les électrons ;
- et 2 charges positives « à droite ».
Il faut donc 5 électrons (7 – 2 5) « à gauche ».
On obtient alors la demi-équation recherchée.
MnO(aq) + 8H⁺(aq) + 5e^– Mn²⁺(aq) + 4H₂O(l)

2. Réaction d'oxydoréduction associée à 2 couples

a. Conservation lors d'une réaction chimique

Lors d’une réaction chimique, il y a conservation :

de la matière, c'est-à-dire qu’il y a conservation de la nature et du nombre des atomes mis en jeu ;
des charges.

Pour respecter ces conservations, on utilise des coefficients stœchiométriques devant les éléments qui permettent d’ajuster le nombre des atomes et des charges.

Une réaction chimique est symbolisée par son équation chimique, laquelle dresse le bilan de la réaction.

Après réaction, on retrouve les mêmes atomes qui étaient présents avant la réaction mais qui ont été « agencés » différemment pour former d’autres molécules.

b. Écrire la réaction d'oxydoréduction associée à 2 couples

Réaction d’oxydoréduction

Une réaction d’oxydoréduction est une réaction qui met en jeu un oxydant qui appartient à un couple avec un réducteur qui appartient à un autre couple.

Un oxydant réagit forcément avec un réducteur et inversement.
Deux oxydants ne peuvent pas réagir entre eux, de même que deux réducteurs ne peuvent pas réagir entre eux.

Méthode

On considère la réaction entre le métal aluminium Al(s) avec les ions cuivre Cu²⁺(aq) : ce sont les 2 réactifs de cette réaction.
Il faut suivre les étapes suivantes pour écrire l’équation associée à une réaction d’oxydoréduction.

Écrire les 2 couples mis en jeu.
Cu²⁺(aq) / Cu(s) et Al³⁺(aq) / Al(s)
Écrire les demi-équations d’oxydoréduction des 2 couples.
On débute par l’élément du couple qui réagit en tant que réactif
(ici Cu²⁺ et Al sont les réactifs).
- demi-équation du couple 1 : Cu²⁺(aq) + 2e^– Cu(s)
- demi-équation du couple 2 : Al(s) Al³⁺(aq) + 3e^–
Obtenir le même nombre d’électrons dans chaque demi-équation.
Faire en sorte d’obtenir le même nombre d’électrons dans chaque demi-équation, afin que les électrons s’éliminent de l’équation finale quand on les additionne.
On multiplie ici la première équation par 3 et la seconde par 2.
- demi-équation du couple 1 : 3Cu²⁺(aq) + 6e^– 3Cu(s)
- demi-équation du couple 2 : 2Al(s) 2Al³⁺(aq) + 6e^–
Additionner les deux équations.
Lorsqu’il y a le même nombre d’électrons dans les 2 équations, on additionne les deux équations : on fait la somme de tout ce qui se trouve à gauche du signe « = » puis on fait la somme de tout ce qui se trouve à droite du signe « = » dans les 2 équations.
3Cu²⁺(aq) + 6e^– + 2Al(s) 3Cu(s) + 2Al³⁺(aq) + 6e^–
Simplifier l’équation obtenue.
On simplifie l’équation obtenue en éliminant ce que l’on retrouve de part et d’autre de cette équation.
La réaction d’oxydoréduction est donc :
3Cu²⁺(aq) + 2Al(s) 3Cu(s) + 2Al³⁺(aq)