Lycée · Terminale · Spécialité Physique-Chimie
Électrochimie et réactions d'oxydoréduction
Piles, électrolyse et transferts d'électrons — Constitution et transformations de la matière (Terminale)
À propos de cette page
Calculatrice interdite · Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Nombres d'oxydation et couples redox
/ 4 pts- Calculer le nombre d'oxydation du manganèse dans $\text{KMnO}_4$ en détaillant le raisonnement.
- Indiquer pour chaque transformation si l'espèce est oxydée ou réduite : a) $\text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+}$ ; b) $\text{Cl}_2 \rightarrow \text{Cl}^-$ ; c) $\text{S}^{2-} \rightarrow \text{SO}_4^{2-}$ (n.o.(S) passe de −II à +VI).
- Donner le nom et le symbole de l'espèce qui gagne des électrons lors d'une réaction redox.
Exercice 2 — Demi-équations et équation bilan
/ 5 pts- Écrire et équilibrer la demi-équation de réduction de $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ en $\text{Cr}^{3+}$ en milieu acide.
- Écrire et équilibrer la demi-équation d'oxydation de $\text{Fe}^{2+}$ en $\text{Fe}^{3+}$.
- En déduire l'équation bilan de la réaction entre $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$ et $\text{Fe}^{2+}$ en milieu acide.
- Identifier l'oxydant et le réducteur dans cette réaction.
Exercice 3 — Pile électrochimique
/ 5 ptsOn réalise une pile avec les couples $\text{Ag}^+/\text{Ag}$ ($E° = +0{,}80\,\text{V}$) et $\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}$ ($E° = -0{,}25\,\text{V}$).
- Identifier l'anode et la cathode (en précisant la réaction qui s'y déroule).
- Écrire la réaction bilan spontanée de la pile.
- Calculer la f.é.m. standard de la pile.
- Préciser dans quel sens circulent les électrons dans le circuit extérieur.
Exercice 4 — Électrolyse et loi de Faraday
/ 4 pts- On effectue une électrolyse d'une solution de $\text{NiSO}_4$ avec des électrodes inertes. $I = 1{,}5\,\text{A}$, durée = 2 heures. $M(\text{Ni}) = 58{,}7\,\text{g/mol}$, $F = 96\,500\,\text{C/mol}$. Demi-équation cathodique : $\text{Ni}^{2+} + 2\,e^- \rightarrow \text{Ni}$.
- 1. Calculer la charge totale $Q$ ayant circulé.
- 2. En déduire la quantité de matière d'électrons $n_e$.
- 3. Calculer la masse de nickel déposée à la cathode.
Exercice 5 — Synthèse : analyse d'un document
/ 2 ptsUn élève réalise l'électrolyse d'une solution de $\text{CuSO}_4$. Il observe un dépôt rougeâtre à la cathode et un dégagement gazeux à l'anode.
- Identifier le dépôt rougeâtre et écrire la demi-équation correspondante.
- Identifier le gaz dégagé à l'anode et écrire la demi-équation.
- Pourquoi cette réaction nécessite-t-elle un générateur extérieur ?
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Nombres d'oxydation et couples redox
Corrigé :
1. K = +I, O = −II ; n.o.(K) + n.o.(Mn) + 4·n.o.(O) = 0 → (+I) + n.o.(Mn) + 4(−II) = 0 → n.o.(Mn) = +VII.
2. a) Fe²⁺ → Fe³⁺ : n.o. augmente → oxydation. b) Cl₂ → Cl⁻ : n.o. diminue de 0 à −I → réduction. c) S²⁻ → SO₄²⁻ : n.o. augmente de −II à +VI → oxydation.
3. L'espèce qui gagne des électrons est l'oxydant (il est réduit).
Exercice 2 — Demi-équations et équation bilan
Corrigé :
1. Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O (O : 7H₂O ; H : 14H⁺ ; charges : gauche = −2+14−6 = +6 = droite 2×3 = +6 ✓).
2. Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻.
3. On multiplie ×6 la demi-équation d'oxydation : 6Fe²⁺ → 6Fe³⁺ + 6e⁻.
Bilan : Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6Fe²⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O.
4. Oxydant = Cr₂O₇²⁻ (réduit). Réducteur = Fe²⁺ (oxydé).
Exercice 3 — Pile électrochimique
Corrigé :
a) E°(Ag⁺/Ag) = +0,80 V > E°(Ni²⁺/Ni) = −0,25 V. Cathode (réduction) : Ag⁺ + e⁻ → Ag ; Anode (oxydation) : Ni → Ni²⁺ + 2e⁻. L'anode est le pôle (−), la cathode est le pôle (+).
b) Bilan (×2 pour Ag, ×1 pour Ni) : 2Ag⁺ + Ni → 2Ag + Ni²⁺.
c) E° = E°(cathode) − E°(anode) = 0,80 − (−0,25) = +1,05 V.
d) Les électrons circulent de l'anode Ni (pôle −) vers la cathode Ag (pôle +) dans le circuit extérieur.
Exercice 4 — Électrolyse et loi de Faraday
Corrigé :
1. Q = I × t = 1,5 × 7200 = 10 800 C.
2. n_e = Q/F = 10 800 / 96 500 = 0,1119 mol ≈ 0,112 mol.
3. n(Ni) = n_e/2 = 0,112/2 = 0,0560 mol.
m(Ni) = n × M = 0,0560 × 58,7 = 3,29 g.
Exercice 5 — Synthèse : analyse d'un document
Corrigé :
a) Dépôt rougeâtre = cuivre métal. Cathode : Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu.
b) Gaz à l'anode : dioxygène O₂ (avec des électrodes inertes dans CuSO₄). Anode : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻.
c) La réaction globale est non spontanée (f.é.m. < 0 dans ce sens). Le générateur fournit l'énergie électrique nécessaire pour forcer la réaction dans le sens non thermodynamiquement favorisé.
Ce contrôle de spécialité physique-chimie Terminale en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Électrochimie et réactions d'oxydoréduction » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Nombres d'oxydation et couples redox/ 4 pts
- Exercice 2 — Demi-équations et équation bilan/ 5 pts
- Exercice 3 — Pile électrochimique/ 5 pts
- Exercice 4 — Électrolyse et loi de Faraday/ 4 pts
- Exercice 5 — Synthèse : analyse d'un document/ 2 pts
Notions évaluées
Oxydants et réducteurs : le couple ox/red, Nombre d'oxydation, Demi-équations électroniques et équations redox, Piles électrochimiques, Force électromotrice et potentiel d'électrode, Électrolyse.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (37 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
Voir tous les contrôles de spécialité physique-chimie Terminale · tous les devoirs surveillés corrigés
Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Électrochimie et réactions d'oxydoréduction » ?
- 60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé détaillé se déplie sous le sujet, à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 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 spécialité physique-chimie de terminale ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Électrochimie et réactions d'oxydoréduction » du programme officiel de spécialité physique-chimie en terminale, soit Oxydants et réducteurs : le couple ox/red, Nombre d'oxydation, Demi-équations électroniques et équations redox, Piles électrochimiques.
Cours particuliers de spécialité physique-chimie à Marseille, en présentiel ou à distance — un prof qui s'adapte à ton rythme et reprend ce qui coince.
Prof de physique-chimie à Marseille · Cours particuliers au lycée · Aide aux devoirs