Les réactions d'oxydo-réduction

1. a)Cuivre métal (dépôt rouge) ; ions Fe²⁺ (précipité vert avec la soude, teinte verte). (1)
2. b)Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻ ; Cu²⁺ + 2 e⁻ → Cu ; bilan : Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu. Oxydant : Cu²⁺ (réduit) ; réducteur : Fe (oxydé). (1)
3. c)Pour 56 g de fer partis, 64 g de cuivre se déposent : la masse augmente de 8 g par 56 g. Gain 0,16 g → fer dissous $0,16\times 56÷8=1,12$ g ; cuivre déposé $1,12\times 64÷56=1,28$ g. (1)
4. d)Le cuivre est moins réducteur que le fer : il ne peut pas céder d'électrons aux ions Fe²⁺. Le zinc (ou le magnésium, l'aluminium), plus réducteur que le fer, donnerait un dépôt de fer : Zn + Fe²⁺ → Zn²⁺ + Fe. (1)

Le point clé — un métal ne réduit que les ions des métaux placés après lui dans l'échelle.

1. a)Mg > Zn > Pb > Cu : Mg réduit Zn²⁺ (dépôt) mais Zn ne réduit pas Mg²⁺ ; Zn réduit Pb²⁺ ; Pb réduit Cu²⁺ mais Cu ne réduit rien. (1)
2. b)Zn + Pb²⁺ → Zn²⁺ + Pb (oxydant Pb²⁺) ; Mg + 2 H⁺ → Mg²⁺ + H₂ (oxydant H⁺). (1)
3. c)H se place entre le plomb et le cuivre : Mg > Zn > Pb > H > Cu. Le cuivre n'est pas attaqué par les eaux légèrement acides ni par les ions H⁺ ; le zinc se dissoudrait peu à peu. (1)
4. d)Le plomb, plus réducteur que le cuivre donc que l'argent, réduit Ag⁺ : dépôt d'argent. Pb + 2 Ag⁺ → Pb²⁺ + 2 Ag. (1)

Repère — « dépôt » = le métal plongé est plus réducteur que celui de la solution ; « rien » = il est moins réducteur.

1. a)Dioxygène (tube 2 : presque rien sans O₂) et eau (tube 1 : rien sans eau) ; le sel accélère (tube 4 : 0,90 g contre 0,35 g). (1)
2. b)4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ ; Fe 4 = 4, O 6 = 6 ; réducteur : Fe ; oxydant : O₂. (1)
3. c)$0,90\times 112÷160=0,63$ g de fer ; $0,63÷5,00=12,6$ %, soit environ 13 % du clou. (1)
4. d)Le fer à nu, au contact de l'air et de l'humidité, rouille, et la rouille poreuse s'étend sous la peinture. Galvanisation : une couche de zinc, plus réducteur que le fer, s'oxyde à sa place même à l'endroit de la rayure. (1)

Attention — une peinture isole ; seul un métal plus réducteur continue de protéger une fois la couche rayée.

1. a)Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻ ; Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻ ; Sn → Sn²⁺ + 2 e⁻. (1)
2. b)Tôle zinguée : le zinc, plus réducteur que le fer, s'oxyde à sa place, le fer ne rouille pas. Tôle étamée : l'étain est moins réducteur que le fer, c'est le fer qui s'oxyde : elle rouille. (1)
3. c)Le fer en contact avec un métal moins réducteur joue le rôle d'anode sacrificielle : il cède ses électrons plus vite que seul. L'étain est choisi car il ne réagit pas avec les aliments et n'est pas toxique, tant que la boîte est intacte. (1)
4. d)2 % de 8,0 kg = 0,16 kg par an ; $1,6÷0,16=10$ ans. Mauvaise idée : le cuivre, moins réducteur, accélérerait la corrosion du zinc à son contact. (1)

Erreur fréquente — croire que toute couche métallique protège : seul un métal plus réducteur que le fer le protège une fois rayé.

1. a)Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻ ; Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺ (× 2). Oxydant : Fe³⁺ ; réducteur : Cu. (1)
2. b)$V=10\times 15\times 0,0035=0,525$ cm³ ; $m=0,525\times 8,96\approx 4,7$ g. (1)
3. c)Cuivre dissous : $4,7\times 0,60\approx 2,8$ g ; Fe³⁺ : $2,8\times 112÷64\approx 4,9$ g. (1)
4. d)Les ions Fe³⁺ (orangés) sont remplacés par Fe²⁺ (verts) et Cu²⁺ (bleus) ; quand l'oxydant Fe³⁺ est épuisé, la gravure s'arrête. La solution contient des ions cuivre et fer, toxiques pour les milieux aquatiques : elle se dépose en déchetterie. (1)

À retenir — le changement de couleur d'une solution est souvent la signature d'un changement d'ion : Fe³⁺ orangé, Fe²⁺ vert, Cu²⁺ bleu.