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Réactions d’oxydoréduction
Oxydant, réducteur, oxydation et réduction, couple oxydant/réducteur ; la demi-équation électronique, d’un couple simple ou en milieu acide ; l’équation d’une réaction d’oxydoréduction établie à partir des deux couples ; le transfert d’électrons identifié à partir d’observations ; le suivi d’une transformation d’oxydoréduction par un tableau d’avancement et par les couleurs.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Réactions d’oxydoréduction
Durée : 90 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spe-physique-chimie 1ʳᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – Une lame de zinc dans une solution d’ions argent ★★
(4 pts)On plonge une lame de zinc dans une solution incolore de nitrate d’argent, qui contient des ions argent Ag⁺ et des ions nitrate NO₃⁻. Au bout de quelques minutes, la lame se couvre d’un dépôt gris d’argent métallique, et il se forme des ions zinc Zn²⁺, incolores.
- a)Identifier l’oxydant et le réducteur de cette transformation, en justifiant par un transfert d’électrons.
- b)Donner les deux couples oxydant/réducteur mis en jeu et écrire leurs demi-équations électroniques.
- c)En déduire l’équation de la réaction.
- d)Un élève propose : Zn(s) + Ag⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Ag(s). Montrer que cette équation n’est pas ajustée et expliquer l’origine de son erreur.
Exercice 2 – Quatre demi-équations en milieu acide ★★
(4 pts)Écrire, en milieu acide, la demi-équation électronique de chacun des couples suivants.
- a)Couple BrO₃⁻/Br⁻ (ion bromate / ion bromure), en détaillant les quatre étapes de la méthode.
- b)Couple MnO₂/Mn²⁺ (dioxyde de manganèse / ion manganèse(II)).
- c)Couple NO₂⁻/NO (ion nitrite / monoxyde d’azote).
- d)Couple SO₄²⁻/H₂S (ion sulfate / sulfure d’hydrogène), puis vérifier la conservation de la charge.
Exercice 3 – L’eau oxygénée qui se décompose seule ★★★
(4 pts)L’eau oxygénée est une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène H₂O₂. Cette espèce appartient à deux couples : H₂O₂/H₂O et O₂/H₂O₂. Elle peut réagir sur elle-même, ce qui explique qu’un flacon entamé perde peu à peu son efficacité : on parle de dismutation. On décompose entièrement, en présence d’un catalyseur, 10,0 mL d’une eau oxygénée à 0,600 mol·L⁻¹.
Donnée : Vm = 24,0 L·mol⁻¹.
- a)Écrire les demi-équations électroniques des deux couples, en milieu acide.
- b)Montrer que l’équation de la décomposition s’écrit 2 H₂O₂(aq) → 2 H₂O(l) + O₂(g).
- c)Dans cette transformation, quel est l’oxydant ? le réducteur ? Expliquer pourquoi l’équation ne comporte qu’un seul réactif.
- d)Calculer le volume de dioxygène libéré.
Exercice 4 – Du dibrome et des ions fer(II) ★★★
(4 pts)On mélange 10,0 mL d’eau de dibrome, solution jaune-orangé de dibrome Br₂ à 3,00 × 10⁻² mol·L⁻¹, et 10,0 mL d’une solution de sulfate de fer(II) à 4,00 × 10⁻² mol·L⁻¹. Le mélange reste coloré. Un prélèvement, additionné de soude, donne un précipité rouille ; aucun précipité vert n’apparaît. Le dibrome se transforme en ions bromure Br⁻, incolores.
- a)Parmi les couples Br₂/Br⁻, Fe³⁺/Fe²⁺ et Fe²⁺/Fe, indiquer ceux qui interviennent, en justifiant à l’aide des observations.
- b)Écrire les demi-équations, puis l’équation de la réaction ; préciser l’espèce oxydée.
- c)Calculer les quantités initiales des réactifs, déterminer l’avancement maximal et le réactif limitant. Montrer que ce résultat est cohérent avec les observations.
- d)Calculer la quantité de dibrome restant et la concentration des ions fer(III) à l’état final.
Exercice 5 – Ions fer(III) et ions iodure ★★
(4 pts)On mélange 20,0 mL d’une solution jaune-orangé de chlorure de fer(III) à 0,100 mol·L⁻¹ et 10,0 mL d’une solution incolore d’iodure de potassium à 0,300 mol·L⁻¹. Le mélange brunit, et quelques gouttes d’empois d’amidon le colorent en bleu foncé. Couples : Fe³⁺/Fe²⁺ et I₂/I⁻. La transformation est considérée comme totale.
- a)Quelle espèce l’empois d’amidon met-il en évidence ? En déduire l’espèce oxydée et l’oxydant.
- b)Écrire les demi-équations, puis l’équation de la réaction.
- c)Dresser le tableau d’avancement, puis déterminer l’avancement maximal et le réactif limitant.
- d)Donner la composition de l’état final, en quantités de matière.
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – Réactions d’oxydoréduction
Durée : 90 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spe-physique-chimie 1ʳᵉ
Exercice 1 – Une lame de zinc dans une solution d’ions argent ★★
(4 pts)- a)Ag⁺ → Ag : gain d’un électron, l’ion argent est l’oxydant, il est réduit. Zn → Zn²⁺ : perte de deux électrons, le zinc est le réducteur, il est oxydé. Les ions nitrate sont spectateurs. (1)
- b)Ag⁺/Ag : Ag⁺ + e⁻ = Ag (0,5 pt) ; Zn²⁺/Zn : Zn²⁺ + 2 e⁻ = Zn (0,5 pt). (1)
- c)Ag⁺ + e⁻ → Ag, multipliée par 2, et Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻ : Zn(s) + 2 Ag⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + 2 Ag(s), charge +2 de chaque côté. (1)
- d)Charge +1 à gauche, +2 à droite : elle n’est pas conservée (0,5 pt). L’élève n’a pas égalisé les électrons : le zinc en cède 2, un ion Ag⁺ n’en capte qu’un, il faut donc 2 ions Ag⁺ (0,5 pt). (1)
Méthode — Gain d’électrons : oxydant, réduit ; perte : réducteur, oxydé. Électrons captés = électrons cédés avant d’additionner.
Exercice 2 – Quatre demi-équations en milieu acide ★★
(4 pts)- a)Brome ajusté ; 3 O : 3 H₂O à droite ; 6 H : 6 H⁺ à gauche ; charges −1 + 6 = +5 et −1, écart 6 : BrO₃⁻ + 6 H⁺ + 6 e⁻ = Br⁻ + 3 H₂O. (1)
- b)2 H₂O à droite, 4 H⁺ à gauche, charges +4 et +2 : MnO₂ + 4 H⁺ + 2 e⁻ = Mn²⁺ + 2 H₂O. (1)
- c)Une H₂O à droite, 2 H⁺ à gauche, charges +1 et 0 : NO₂⁻ + 2 H⁺ + e⁻ = NO + H₂O. (1)
- d)4 H₂O à droite ; 2 + 8 = 10 H à droite, donc 10 H⁺ ; charges +8 et 0 : SO₄²⁻ + 10 H⁺ + 8 e⁻ = H₂S + 4 H₂O (0,5 pt). À gauche (−2) + 10 + (−8) = 0, comme à droite (0,5 pt). (1)
Méthode — Élément, puis O avec H₂O, H avec H⁺, charge avec e⁻ du côté de l’oxydant ; on recompte à la fin.
Exercice 3 – L’eau oxygénée qui se décompose seule ★★★
(4 pts)- a)H₂O₂ + 2 H⁺ + 2 e⁻ = 2 H₂O (0,5 pt) ; O₂ + 2 H⁺ + 2 e⁻ = H₂O₂ (0,5 pt). (1)
- b)Réduction H₂O₂ + 2 H⁺ + 2 e⁻ → 2 H₂O et oxydation H₂O₂ → O₂ + 2 H⁺ + 2 e⁻ échangent 2 électrons : on les additionne, puis on retire 2 H⁺ de chaque côté : 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂. (1)
- c)H₂O₂ est à la fois l’oxydant (couple H₂O₂/H₂O) et le réducteur (couple O₂/H₂O₂) (0,5 pt) : certaines molécules sont réduites en eau, d’autres oxydées en dioxygène, d’où un seul réactif (0,5 pt). (1)
- d)n = 0,600 × 0,0100 = 0,00600 mol ; 0,00600 − 2x = 0 donne xmax = 0,00300 mol (0,5 pt). n(O₂) = xmax : V = 0,00300 × 24,0 = 0,0720 L = 72,0 mL (0,5 pt). (1)
À retenir — Une espèce de deux couples peut être oxydant dans l’un et réducteur dans l’autre.
Exercice 4 – Du dibrome et des ions fer(II) ★★★
(4 pts)- a)Précipité rouille : des ions Fe³⁺ se sont formés à partir de Fe²⁺, couple Fe³⁺/Fe²⁺. Le dibrome devient Br⁻ : couple Br₂/Br⁻. Aucun fer métallique n’apparaît ni ne disparaît : Fe²⁺/Fe n’intervient pas. (1)
- b)Br₂ + 2 e⁻ → 2 Br⁻ ; Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻, multipliée par 2 (0,5 pt). Br₂ + 2 Fe²⁺ → 2 Br⁻ + 2 Fe³⁺ : l’ion fer(II) est oxydé (0,5 pt). (1)
- c)n(Br₂) = 3,00 × 10⁻⁴ mol ; n(Fe²⁺) = 4,00 × 10⁻⁴ mol (0,5 pt). Br₂ donne x = 3,00 × 10⁻⁴ mol, Fe²⁺ donne 4,00 × 10⁻⁴ − 2x = 0, soit x = 2,00 × 10⁻⁴ mol. xmax = 2,00 × 10⁻⁴ mol, Fe²⁺ limitant : plus de Fe²⁺, donc pas de précipité vert, et le dibrome en excès colore le mélange (0,5 pt). (1)
- d)Br₂ restant : 3,00 × 10⁻⁴ − 2,00 × 10⁻⁴ = 1,00 × 10⁻⁴ mol (0,5 pt). n(Fe³⁺) = 2xmax = 4,00 × 10⁻⁴ mol dans 20,0 mL : c = 2,00 × 10⁻² mol·L⁻¹ (0,5 pt). (1)
Méthode — Les tests disent ce qui s’est formé, le tableau d’avancement ce qui reste : les deux concordent.
Exercice 5 – Ions fer(III) et ions iodure ★★
(4 pts)- a)Le diiode, formé à partir des ions iodure : ils ont perdu des électrons, I⁻ est oxydé (0,5 pt) ; les ions Fe³⁺, qui captent ces électrons, sont l’oxydant (0,5 pt). (1)
- b)Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, multipliée par 2 ; 2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻ (0,5 pt). 2 Fe³⁺ + 2 I⁻ → 2 Fe²⁺ + I₂, charge +4 de chaque côté (0,5 pt). (1)
- c)n(Fe³⁺) = 2,00 × 10⁻³ mol, n(I⁻) = 3,00 × 10⁻³ mol. Ligne « en cours » : 2,00 × 10⁻³ − 2x ; 3,00 × 10⁻³ − 2x ; 2x ; x (0,5 pt). Fe³⁺ donne x = 1,00 × 10⁻³ mol, I⁻ donne 1,50 × 10⁻³ mol : xmax = 1,00 × 10⁻³ mol, Fe³⁺ limitant (0,5 pt). (1)
- d)Fe³⁺ : 0 ; I⁻ : 3,00 × 10⁻³ − 2,00 × 10⁻³ = 1,00 × 10⁻³ mol ; Fe²⁺ : 2,00 × 10⁻³ mol ; I₂ : 1,00 × 10⁻³ mol. (1)
Méthode — Équation par les demi-équations, puis « quantité restante = 0 » pour chaque réactif.
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Ce contrôle de spe-physique-chimie 1ʳᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Réactions d’oxydoréduction » : 5 exercices, 90 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Une lame de zinc dans une solution d’ions argent ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Quatre demi-équations en milieu acide ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — L’eau oxygénée qui se décompose seule ★★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Du dibrome et des ions fer(II) ★★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Ions fer(III) et ions iodure ★★/ 4 pts
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 90 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Réactions d’oxydoréduction » ?
- 90 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 90 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de spe-physique-chimie de première ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Réactions d’oxydoréduction » du programme officiel de spe-physique-chimie en première.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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