Chimie 3ᵉ
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Les réactions d'oxydo-réduction
Transfert d'électrons, oxydants et réducteurs courants
Approfondissement Ce chapitre va au-delà du programme officiel de 3ᵉ : utile pour aller plus loin ou anticiper.
À propos de cette page
Ces problèmes corrigés sur « Les réactions d'oxydo-réduction » en troisième permettent d'appliquer le cours à des situations concrètes en chimie. Ils suivent le programme officiel de troisième et se résolvent étape par étape. Au programme : Une expérience : le fer dans le sulfate de cuivre, Oxydant, réducteur, couples et demi-équations, Écrire l'équation bilan, Classer les métaux : l'échelle de réactivité. Cherche au brouillon, saisis ta réponse puis clique sur « Vérifier » pour te corriger. Idéal pour développer le raisonnement, la rigueur et la confiance avant une évaluation. Problèmes gratuits proposés par un professeur particulier à Marseille pour progresser en chimie en troisième.
Résous chaque problème, écris ta réponse puis clique sur « Vérifier ». Pose tes calculs au brouillon.
Facile
Pb. 1 — L'arbre d'argentOn plonge un fil de cuivre dans une solution incolore de nitrate d'argent. Des aiguilles gris brillant poussent sur le fil et la solution bleuit lentement. Données : 64 g de cuivre donnent 216 g d'argent.
Quel métal se dépose sur le fil ?
Les ions Ag⁺ sont réduits en argent métal.Quel ion explique la couleur bleue de la solution ?
Le cuivre du fil est oxydé en ions Cu²⁺, bleus en solution.Écris l'équation bilan de la réaction.
Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag2 électrons cédés par Cu, un par ion Ag⁺.Le fil a perdu 0,32 g de cuivre. Masse d'argent déposée, en g :
0,32 × 216 ÷ 64 = 1,08 g : plus de trois fois la masse de cuivre disparue, car l'argent est lourd et il en faut deux atomes par cuivre.Voir le corrigé
- argent — Les ions Ag⁺ sont réduits en argent métal.
- Cu2+ — Le cuivre du fil est oxydé en ions Cu²⁺, bleus en solution.
- Réponse libre — exemple : Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag — 2 électrons cédés par Cu, un par ion Ag⁺.
- 1,08 — 0,32 × 216 ÷ 64 = 1,08 g : plus de trois fois la masse de cuivre disparue, car l'argent est lourd et il en faut deux atomes par cuivre.
Pb. 2 — Les clous de l'expérienceQuatre clous en fer identiques sont placés 15 jours : tube A dans l'air sec (avec un déshydratant) ; tube B dans de l'eau bouillie recouverte d'huile ; tube C dans de l'eau au contact de l'air ; tube D dans de l'eau salée au contact de l'air. Seuls C et D rouillent, D beaucoup plus. Données : 112 g de fer donnent 160 g d'oxyde de fer Fe₂O₃.
Quels sont les deux ingrédients nécessaires à la formation de la rouille ?
Le dioxygène (absent du tube B, dont l'eau bouillie a été dégazée) et l'eau (absente du tube A).A : pas d'eau ; B : pas de dioxygène ; C et D : les deux.Quel est l'oxydant dans la formation de la rouille ?
Il capte les électrons cédés par le fer.Écris l'équation simplifiée de la formation de l'oxyde de fer Fe₂O₃ à partir du fer et du dioxygène.
4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃Fe 4 = 4 ; O 6 = 6.Un clou de 2,8 g entièrement rouillé : masse de Fe₂O₃ obtenue, en g :
2,8 × 160 ÷ 112 = 4,0 g : la rouille pèse plus que le fer, car elle a fixé de l'oxygène.Voir le corrigé
- Réponse libre — exemple : Le dioxygène (absent du tube B, dont l'eau bouillie a été dégazée) et l'eau (absente du tube A). — A : pas d'eau ; B : pas de dioxygène ; C et D : les deux.
- O2 — Il capte les électrons cédés par le fer.
- Réponse libre — exemple : 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ — Fe 4 = 4 ; O 6 = 6.
- 4 — 2,8 × 160 ÷ 112 = 4,0 g : la rouille pèse plus que le fer, car elle a fixé de l'oxygène.
Moyen
Pb. 3 — Trois métaux inconnusOn teste trois métaux A, B, C dans des solutions d'ions. Résultats : A dans B²⁺ : dépôt de B ; B dans C²⁺ : rien ; C dans B²⁺ : dépôt de B ; A dans l'acide chlorhydrique : effervescence ; C dans l'acide : rien.
Classe A, B et C du plus réducteur au moins réducteur (écris les lettres séparées par des virgules) :
A réduit B²⁺ ; C réduit B²⁺ mais B ne réduit pas C²⁺ : C est avant B ; A réagit avec l'acide, C non : A est avant H, C après.Lequel des trois est placé après H dans l'échelle, donc « noble » ?
Pas de dihydrogène avec l'acide.Sachant que ces métaux sont le fer, le cuivre et l'argent, identifie A, B et C.
A = fer (réagit avec l'acide, réduit les autres), C = cuivre (réduit Ag⁺ mais pas attaqué par l'acide), B = argent (le moins réducteur).Ordre : Fe > Cu > Ag.Écris l'équation de la réaction observée quand on plonge C dans une solution de B²⁺… en corrigeant la charge de l'ion B si nécessaire.
L'ion argent est Ag⁺ : Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag.Piège : l'énoncé note B²⁺ par commodité, mais l'ion argent porte une seule charge.Voir le corrigé
- A, C, B — A réduit B²⁺ ; C réduit B²⁺ mais B ne réduit pas C²⁺ : C est avant B ; A réagit avec l'acide, C non : A est avant H, C après.
- C — Pas de dihydrogène avec l'acide.
- Réponse libre — exemple : A = fer (réagit avec l'acide, réduit les autres), C = cuivre (réduit Ag⁺ mais pas attaqué par l'acide), B = argent (le moins réducteur). — Ordre : Fe > Cu > Ag.
- Réponse libre — exemple : L'ion argent est Ag⁺ : Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag. — Piège : l'énoncé note B²⁺ par commodité, mais l'ion argent porte une seule charge.
Pb. 4 — L'anode du bateauUn voilier en acier porte des anodes en zinc de 2,5 kg. En eau de mer, le zinc s'oxyde selon : 2 Zn + O₂ + 2 H₂O → 2 Zn(OH)₂. Le skipper constate qu'une anode perd environ 0,10 kg par mois.
Vérifie l'ajustement de l'équation (atomes de zinc, d'oxygène, d'hydrogène).
Zn : 2 = 2 ; O : 2 + 2 = 4 = 2 × 2 ; H : 4 = 4.Zn(OH)₂ contient 2 O et 2 H.Écris la demi-équation d'oxydation du zinc.
Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻Le zinc est le réducteur ; O₂ est l'oxydant.Au bout de combien de mois l'anode sera-t-elle entièrement consommée ?
2,5 ÷ 0,10 = 25 mois ; on la remplace bien avant, dès qu'elle a perdu la moitié de sa masse.Pourquoi choisit-on du zinc et non du cuivre pour ces anodes ? Que se passerait-il avec un bloc de cuivre ?
Le zinc est plus réducteur que le fer : il s'oxyde à la place de la coque. Le cuivre, moins réducteur, ne protégerait rien ; pire, en contact avec l'acier, il accélérerait la corrosion de la coque, qui se sacrifierait pour lui.L'anode doit être faite du métal le plus réducteur du couple.Voir le corrigé
- Réponse libre — exemple : Zn : 2 = 2 ; O : 2 + 2 = 4 = 2 × 2 ; H : 4 = 4. — Zn(OH)₂ contient 2 O et 2 H.
- Réponse libre — exemple : Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻ — Le zinc est le réducteur ; O₂ est l'oxydant.
- 25 — 2,5 ÷ 0,10 = 25 mois ; on la remplace bien avant, dès qu'elle a perdu la moitié de sa masse.
- Réponse libre — exemple : Le zinc est plus réducteur que le fer : il s'oxyde à la place de la coque. Le cuivre, moins réducteur, ne protégerait rien ; pire, en contact avec l'acier, il accélérerait la corrosion de la coque, qui se sacrifierait pour lui. — L'anode doit être faite du métal le plus réducteur du couple.
Difficile
Pb. 5 — La statue de la LibertéLa statue de la Liberté (1886) est faite de plaques de cuivre fixées sur une armature en fer. Le cuivre a pris une couleur verte (le « vert-de-gris », un mélange de sels de cuivre) selon la réaction simplifiée : 2 Cu + O₂ + CO₂ + H₂O → Cu₂(OH)₂CO₃. En 1984, on a découvert que l'armature en fer, en contact avec le cuivre, était rongée par la corrosion : elle a été remplacée par de l'acier inoxydable.
Vérifie l'ajustement de l'équation du vert-de-gris pour les atomes de cuivre et d'oxygène.
Cu : 2 = 2 ; O : 2 + 2 + 1 = 5 = 2 + 3 ; H : 2 = 2 ; C : 1 = 1.Cu₂(OH)₂CO₃ contient 5 atomes d'oxygène.Parmi les réactifs de l'équation, lequel joue le rôle d'oxydant face au cuivre ? Donne sa formule :
Le cuivre est oxydé (Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻) : c'est le réducteur. Les électrons qu'il cède sont captés par le dioxygène O₂, l'oxydant. CO₂ et H₂O n'échangent pas d'électrons : ils fournissent les ions carbonate et hydroxyde du vert-de-gris.Pourquoi cette couche verte est-elle une protection pour la statue, alors que la rouille n'en est pas une pour le fer ?
Le vert-de-gris forme une couche adhérente et étanche qui empêche le dioxygène d'atteindre le cuivre en dessous ; la rouille est poreuse et laisse la corrosion se poursuivre.La même logique que l'alumine sur l'aluminium.Explique, à l'aide de l'échelle de réactivité, pourquoi l'armature en fer s'est corrodée plus vite au contact du cuivre, et pourquoi l'acier inoxydable a résolu le problème.
Le fer est plus réducteur que le cuivre : en contact avec lui et avec l'humidité, c'est le fer qui cède ses électrons et s'oxyde, comme une anode sacrificielle. L'acier inoxydable, grâce à son chrome, se recouvre d'une couche d'oxyde étanche et ne se corrode pas.Deux métaux différents en contact humide forment une pile : le plus réducteur se consomme.Voir le corrigé
- Réponse libre — exemple : Cu : 2 = 2 ; O : 2 + 2 + 1 = 5 = 2 + 3 ; H : 2 = 2 ; C : 1 = 1. — Cu₂(OH)₂CO₃ contient 5 atomes d'oxygène.
- O₂ — Le cuivre est oxydé (Cu → Cu²⁺ + 2 e⁻) : c'est le réducteur. Les électrons qu'il cède sont captés par le dioxygène O₂, l'oxydant. CO₂ et H₂O n'échangent pas d'électrons : ils fournissent les ions carbonate et hydroxyde du vert-de-gris.
- Réponse libre — exemple : Le vert-de-gris forme une couche adhérente et étanche qui empêche le dioxygène d'atteindre le cuivre en dessous ; la rouille est poreuse et laisse la corrosion se poursuivre. — La même logique que l'alumine sur l'aluminium.
- Réponse libre — exemple : Le fer est plus réducteur que le cuivre : en contact avec lui et avec l'humidité, c'est le fer qui cède ses électrons et s'oxyde, comme une anode sacrificielle. L'acier inoxydable, grâce à son chrome, se recouvre d'une couche d'oxyde étanche et ne se corrode pas. — Deux métaux différents en contact humide forment une pile : le plus réducteur se consomme.
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