Oxydoréduction
Une réaction redox est un transfert d'électrons : l'oxydant les capte (il est réduit), le réducteur les cède (il est oxydé). On repère les échanges par le nombre d'oxydation, on calcule les potentiels d'électrode par la relation de Nernst, et on exploite tout cela dans les piles, les titrages redox et les courbes intensité-potentiel (corrosion, surtension).
1. Résumé de cours détaillé
1.1 Nombre d'oxydation (n.o.)
1.2 Demi-équations et équilibrage
1.3 Relation de Nernst
1.4 Piles
1.5 Travail électrique
1.6 Électrodes de référence
1.7 Sens spontané d'une réaction
1.8 Titrages redox
1.9 Courbes intensité-potentiel
2. Exercices d'entraînement (créés) avec corrections
Trois exercices originaux : potentiel de Nernst, f.é.m. d'une pile, et constante d'équilibre d'une réaction redox.
Lame d'argent dans \([\text{Ag}^+]=5{,}0\cdot10^{-3}\) mol/L. \(E^0(\text{Ag}^+/\text{Ag})=0{,}80\) V. Calculer \(E\).
\(\text{Ag}^++e^-=\text{Ag}\) (\(n=1\), argent solide absent du log) : \(E=0{,}80+\frac{0{,}06}{1}\log(5\cdot10^{-3})=0{,}80+0{,}06\times(-2{,}30)=0{,}80-0{,}14\).
Demi-pile \(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}\) (\([\text{Zn}^{2+}]=0{,}10\), \(E^0=-0{,}76\)) et \(\text{Ag}^+/\text{Ag}\) (\([\text{Ag}^+]=0{,}10\), \(E^0=0{,}80\)).
\(E_{Zn}=-0{,}76+\frac{0{,}06}{2}\log(0{,}10)=-0{,}76-0{,}03=-0{,}79\) V. \(E_{Ag}=0{,}80+0{,}06\log(0{,}10)=0{,}80-0{,}06=0{,}74\) V.
Argent = potentiel le plus haut → cathode (+). \(U=E_+-E_-=0{,}74-(-0{,}79)=1{,}53\) V.
Réaction \(2\text{Fe}^{3+}+2\text I^-=2\text{Fe}^{2+}+\text I_2\). Couples \(\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}\) (\(E^0=0{,}77\)) et \(\text I_2/\text I^-\) (\(E^0=0{,}62\)). Calculer \(K\).
Électrons échangés \(n=2\). À l'équilibre les potentiels s'égalisent : \(\log K=\frac{n(E_1^0-E_2^0)}{0{,}06}=\frac{2\,(0{,}77-0{,}62)}{0{,}06}=\frac{0{,}30}{0{,}06}=5\).
3. Correction intégrale du TD
TD chimie 1 — Oxydoréduction (VG, 2025/2026) : 32 exercices, chaque question traitée. Constantes : \(F=96485\) C/mol, facteur de Nernst \(0{,}06\) V. Potentiels standards : voir la table.
Partie A — Pour commencer
1) \(\text{Li}^+\) : +I ; \(\text{Fe}\) : 0 ; \(\text{Fe}^{3+}\) : +III ; \(\text S^{2-}\) : −II.
2) \(\text{MnO}_2\) : +IV ; \(\text{Fe}_2\text O_3\) : +III ; \(\text H_2\text O_2\) : −I ; \(\text{HNO}_3\) : +V ; \(\text{HNO}_2\) : +III ; \(\text H_2\text{CO}_3\) : +IV ; \(\text{HClO}_4\) : +VII ; \(\text{Fe(OH)}_2\) : +II.
3) \(\text{MnO}_4^-\) : +VII ; \(\text{MnO}_4^{2-}\) : +VI ; \(\text{SO}_4^{2-}\) : +VI ; \(\text{Fe(OH)}_2^+\) : +III.
4) \(\text{Na}_3\text{PO}_4\) (P) : +V ; \(\text{CaCl}_2\) (Cl) : −I.
5) \(\text{NH}_4\text{NO}_3\) : deux n.o. différents ! N de \(\text{NH}_4^+\) : −III, N de \(\text{NO}_3^-\) : +V. \((\text{NH}_4)_3\text{PO}_4\) (P) : +V.
1) Demi-équations (milieu acide, vérifier \(n=|\Delta\text{n.o.}|\))
\(\text{Fe(OH)}_2+2\text H^++2e^-=\text{Fe}+2\text H_2\text O\) ; \(\text{MnO}_4^-+8\text H^++5e^-=\text{Mn}^{2+}+4\text H_2\text O\) ; \(2\text{ClO}^-+4\text H^++2e^-=\text{Cl}_2+2\text H_2\text O\) ; \(\text{Cl}_2+2e^-=2\text{Cl}^-\) ; \(\text H_2\text O_2+2\text H^++2e^-=2\text H_2\text O\) ; \(\text H_2\text O_2=\text O_2+2\text H^++2e^-\).
2) Équations-bilans
a) \(5\text{Fe}+2\text{MnO}_4^-+2\text H_2\text O+6\text H^+\to5\text{Fe(OH)}_2+2\text{Mn}^{2+}\)
(×5 et ×2, élimination des \(e^-\)).
b) \(2\text{MnO}_4^-+5\text H_2\text O_2+6\text H^+\to2\text{Mn}^{2+}+5\text O_2+8\text H_2\text O\).
c) \(\text{Cl}^-+\text{ClO}^-+2\text H^+\to\text{Cl}_2+\text H_2\text O\) (dismutation inverse).
\(E=E^0+\frac{RT}{nF}\ln\frac{[\text{Ox}]}{[\text{Red}]}\) avec \(\ln=2{,}30\log\) :
\(\frac{RT\ln 10}{F}=\frac{8{,}314\times298\times2{,}30}{96485}=0{,}059\approx0{,}06\) V, d'où \(E=E^0+\frac{0{,}06}{n}\log\frac{[\text{Ox}]}{[\text{Red}]}\). Le \(0{,}06\) est en volts.
1–3) Couple \(\text H^+/\text H_2\)
\(2\text H^++2e^-=\text H_2\), \(E=0+\frac{0{,}06}{2}\log\frac{[\text H^+]^2}{P_{\text H_2}}\). Avec \(P_{\text H_2}=1\) : \(E=0{,}06\log[\text H^+]=-0{,}06\,\text{pH}\). Droite de pente \(-0{,}06\) passant par l'origine.
4) Couple \(\text O_2/\text H_2\text O\) (\(E^0=1{,}36\))
\(2\text H_2\text O=\text O_2+4\text H^++4e^-\), \(E=1{,}36+\frac{0{,}06}{4}\log[\text H^+]^4=1{,}36-0{,}06\,\text{pH}\) (droite de pente \(-0{,}06\), ordonnée à l'origine \(1{,}36\)).
5) Couple \(\text I_2/\text I^-\) (\(E^0=0{,}62\))
\(\text I_2+2e^-=2\text I^-\), \(E=0{,}62+0{,}03\log\frac{[\text I_2]}{[\text I^-]^2}\) : indépendant du pH (pas de \(\text H^+\)).
Partie B — Piles
Cuivre dans \([\text{Cu}^{2+}]=0{,}010\), \(E^0=0{,}34\).
\(E=0{,}34+\frac{0{,}06}{2}\log(0{,}01)=0{,}34-0{,}06=0{,}28\) V.
Incertitude 5 % sur \(C\) : \(E_\pm=0{,}34+0{,}03\log(0{,}01\times1{,}05\text{ ou }0{,}95)=0{,}281/0{,}279\) V, soit \(\varepsilon\approx0{,}36\%\) seulement (l'erreur est « amortie » par le log).
\(E_{Fe}=-0{,}44+\frac{0{,}06}{2}\log(0{,}2)=-0{,}46\) V ; \(E_{Ag}=0{,}80+0{,}06\log(0{,}05)=0{,}72\) V. Ag = cathode. \(U=0{,}72-(-0{,}46)=1{,}18\) V.
3) Dilution ×2 de \(\text{Ag}^+\) : \(E_{Ag}=0{,}80+0{,}06\log(0{,}025)=0{,}70\Rightarrow U=1{,}16\) V (peu de changement, effet log). 4) Précipitation AgI (\([\text{Ag}^+]=10^{-14}\)) : \(E_{Ag}=0{,}80+0{,}06\log(10^{-14})=-0{,}04\Rightarrow U=0{,}40\) V (grand changement).
\(E_{Cu}=0{,}34+0{,}03\log c\), \(E_{Zn}=-0{,}76+0{,}03\log c\). Cu = cathode. \(U=E_+-E_-=0{,}34-(-0{,}76)=1{,}1\) V, indépendant de \(c\) (concentrations égales).
2) Pour \(U=0\) avec \([\text{Zn}^{2+}]=1\) : \(-0{,}76-0{,}34=0{,}03\log c\Rightarrow\log c=-\frac{110}{3}\), \(c\approx2{,}2\cdot10^{-37}\) mol/L — impossible (moins d'un atome par litre !). La tension ne peut donc pas s'annuler.
Ex 8 — Pile de concentration (cuivre)
Même couple des deux côtés. Demi-pile 1 : \(c=1\Rightarrow E=0{,}34\) V. Demi-pile 2 : \(c=\frac{(1/20)\cdot10^{-3}\times1}{0{,}1}=5\cdot10^{-4}\Rightarrow E=0{,}24\) V. \(U=0{,}10\) V (la pile fonctionne par différence de concentration).
Ex 9 — Cuivre / plomb
\(E_{Cu}=0{,}34\), \(E_{Pb}=-0{,}13\) V. Cathode = cuivre (réduction \(\text{Cu}^{2+}+2e^-\to\text{Cu}\)), anode = plomb. Bilan \(\text{Cu}^{2+}+\text{Pb}\to\text{Pb}^{2+}+\text{Cu}\). \(E^0_{pile}=0{,}34-(-0{,}13)=0{,}47\) V. Trop faible pour remplacer une pile sèche (1,0–1,5 V). Ajout de \(\text H_2\text{SO}_4\) (PbSO₄ précipite, \([\text{Pb}^{2+}]\downarrow\)) : \(E_{Pb}\downarrow\) donc \(U\uparrow\).
Partie C — Bilan chimique
Couples \(\text{MnO}_2/\text{MnO(OH)}\) et \(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}\). Demi-équations \(\text{MnO}_2+\text H^++e^-=\text{MnO(OH)}\), \(\text{Zn}^{2+}+2e^-=\text{Zn}\). n.o. : Mn +IV→+III, Zn +II→0. Réactifs neufs : Zn + \(\text{MnO}_2\). Bilan \(\text{Zn}+2\text{MnO}_2+2\text H^+\to2\text{MnO(OH)}+\text{Zn}^{2+}\).
Épuisement simultané : \(n_{\text{MnO}_2}=2n_{\text{Zn}}\), d'où \(m_{\text{MnO}_2}=2\frac{M_{\text{MnO}_2}}{M_{\text{Zn}}}m_{\text{Zn}}=2\times\frac{86{,}94}{65{,}4}\times19{,}6=52{,}1\) g.
n.o. du plomb : Pb 0, PbSO₄ +II, PbO₂ +IV. Couples \((\text{Pb}/\text{PbSO}_4)\) et \((\text{PbSO}_4/\text{PbO}_2)\). Demi-équations : \(\text{Pb}+\text{SO}_4^{2-}=\text{PbSO}_4+2e^-\) et \(\text{PbO}_2+\text{SO}_4^{2-}+4\text H^++2e^-=\text{PbSO}_4+2\text H_2\text O\). Bilan (décharge) : \(\text{Pb}+\text{PbO}_2+2\text H_2\text{SO}_4\to2\text{PbSO}_4+2\text H_2\text O\).
Réaction \(\text{Cu}^{2+}+\text{Zn}\to\text{Zn}^{2+}+\text{Cu}\) (Cu = cathode). \(\xi=0{,}10\) mol (limitant), \(n=2\), \(I=0{,}450\) A : \(\Delta t=\frac{n\xi F}{I}=\frac{2\times0{,}1\times96485}{0{,}45}=42\,882\) s (≈ 12 h).
(4) Moitié de \(\text{ZnSO}_4\) : rien ne change (c'est un produit). (5) Moitié de \(\text{CuSO}_4\) : durée divisée par 2 (\(\text{Cu}^{2+}\) devient limitant).
Rouille = fer(III), \(\text{Fe}\to\text{Fe}^{3+}+3e^-\) (\(n=3\)), \(\xi=1\) mol en 1000 jours :
\(I=\frac{n\xi F}{\Delta t}=\frac{3\times1\times96485}{1000\times24\times3600}=3{,}4\) mA.
Partie D — Travail électrique
\(n_{Cu}=\frac{1}{63{,}55}=1{,}6\cdot10^{-2}\), \(n_{Zn}=\frac{1}{65{,}38}=1{,}5\cdot10^{-2}\) mol → Zn limitant, \(\xi=1{,}5\cdot10^{-2}\). \(U\approx1{,}1\) V. \(\mathcal E=-U\,n\,\xi\,F=-1{,}1\times2\times1{,}5\cdot10^{-2}\times96485=-3184\) J (fourni).
(2) Sans cuivre : inchangé (produit). (3) Sans zinc : rien ne se passe (pas de réducteur).
Ex 15 — Batterie vélo 48 V, 30 A·h, 1000 W
A·h = charge (1 A·h = 3600 C). \(\mathcal E=U\,Q=48\times30\times3600=5{,}2\cdot10^{6}\) J. Dénivelé (100 kg) : \(h=\frac{\mathcal E}{mg}=5{,}2\cdot10^{3}\) m (frottements négligés !). À 1000 W : \(\Delta t=\frac{\mathcal E}{P}=5{,}2\cdot10^{3}\) s ≈ 1,4 h. Câblage : ≈ 3 rangées de 13 piles en parallèle (parallèle = capacité, série = tension).
Ex 16 — Piles du commerce
Même couple redox (même \(U\)), quantités de matière différentes (durée de vie). Pile 9 V = 6 piles de 1,5 V en série ; pile plate 4,5 V = 3 piles en série.
\(\mathcal E=U\,n\,\xi\,F=2{,}9\cdot10^{9}\) J avec \(U=3{,}5\), \(n=1\) : \(\xi=\frac{2{,}9\cdot10^{9}}{3{,}5\times96485}=8588\) mol, \(m=\xi M=7\times8588\approx60\) kg.
Partie E — Électrodes de référence
Ex 18 — Changement de référence (ECS = 0,24 V/ENH)
Référence = ESH, \(E^0=0{,}000\) V. \(0{,}83\) V/ECS → \(0{,}83+0{,}24=1{,}07\) V/ESH. \(-0{,}34\) V/ECS → \(-0{,}34+0{,}24=-0{,}10\) V/ESH. ECS mesurée par l'électrode AgCl (\(0{,}197\) V/ENH) : \(0{,}24-0{,}197=0{,}043\) V/(AgCl).
Ex 19 — Électrode à hydrogène
\(2\text H^++2e^-=\text H_2\), \(E=0{,}03\log\frac{[\text H^+]^2}{P_{\text H_2}}\). Pour \(E=0\) : \([\text H^+]=1\) mol/L et \(P_{\text H_2}=1\) bar (conditions standard).
Ex 20 — Calomel saturé (ECS)
Couple \(\text{Hg}_2\text{Cl}_2/\text{Hg}\) (Hg : +I dans Hg₂Cl₂, 0 dans Hg). \(2\text{Hg}+2\text{Cl}^-=\text{Hg}_2\text{Cl}_2+2e^-\), \(E=E^0-0{,}06\log[\text{Cl}^-]\) (solide et liquide purs = 1) : potentiel fixé par \([\text{Cl}^-]\) (saturé → constant).
Partie F — Sens de réaction
Règle : oxydant du plus haut potentiel + réducteur du plus bas. À 0,01 mol/L de chaque forme :
1) \(E(\text I_2/\text I^-)=0{,}62+0{,}03\log\frac{0{,}01}{0{,}01^2}=0{,}68\) > \(E(\text S_4\text O_6^{2-}/\text S_2\text O_3^{2-})=0{,}14\) : réaction \(\text I_2+2\text S_2\text O_3^{2-}\to2\text I^-+\text S_4\text O_6^{2-}\), sens correct.
2) \(E(\text{Ag}^+/\text{Ag})=0{,}68\) > \(E(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu})=0{,}28\) : \(2\text{Ag}^++\text{Cu}\to2\text{Ag}+\text{Cu}^{2+}\), sens correct.
3) À pH 3 : \(E(\text{Cr}_2\text O_7^{2-}/\text{Cr}^{3+})\approx0{,}93\) > \(E(\text{CH}_3\text{CHO}/\text{éthanol})\approx0{,}01\) : \(\text{Cr}_2\text O_7^{2-}+3\,\text{éthanol}+8\text H^+\to3\,\text{CH}_3\text{CHO}+2\text{Cr}^{3+}+7\text H_2\text O\), sens correct.
\(E_{Fe}=-0{,}44+0{,}03\log(0{,}1)=-0{,}47\), \(E_{Ag}=0{,}80+0{,}06\log(1)=0{,}80\) V. \(U=0{,}80-(-0{,}47)=1{,}27\) V. Sens spontané \(2\text{Ag}^++\text{Fe}\to\text{Fe}^{2+}+2\text{Ag}\). Argent = cathode (+), fer = anode (−) ; les électrons vont du fer vers l'argent.
Durée (0,20 mol Fe et 0,20 mol Ag⁺ ; Ag⁺ limitant, \(n=1\)) : \(\Delta t=\frac{1\times0{,}2\times96485}{1{,}5}=12865\) s ≈ 3 h 34 min. On ne précise pas Fe³⁺/Ag car ce sont les produits. À l'équilibre : 0 mol Ag⁺, 0,1 mol Fe restant, 0,1 mol Fe²⁺ et 0,2 mol Ag formés.
Partie G — Titrages directs
\(\text I_2+2\text S_2\text O_3^{2-}\to2\text I^-+\text S_4\text O_6^{2-}\). Égalité des potentiels au cours du titrage (réaction totale) → \(\log K=\frac{E^0_{\text I}-E^0_{\text{SO}}}{0{,}06}=\frac{0{,}62-0{,}08}{0{,}06}\times n\Rightarrow K\approx10^{18}\). \(K\gg10^4\) : excellente réaction de titrage.
Stœchiométrie 1:2 : \(C_{\text I_2}V_i=\frac12 C_{\text{thio}}V_{eq}\Rightarrow C=\frac{0{,}05\times14{,}8}{2\times5}=7{,}4\cdot10^{-2}\) mol/L.
Demi-équations \(\text{BrO}_3^-+6\text H^++6e^-=\text{Br}^-+3\text H_2\text O\) et \(2\text{NH}_3=\text N_2+6\text H^++6e^-\), bilan \(\text{BrO}_3^-+2\text{NH}_3\to\text{Br}^-+3\text H_2\text O+\text N_2\). Sens standard correct (\(E^0_{\text{BrO}_3}=0{,}58>E^0_{\text{NH}_3}=-0{,}09\)).
Stœchiométrie 1:2 : \(C=\frac{2C_{br}V_{eq}}{V_i}=\frac{2\times0{,}1\times17{,}3}{20}=0{,}173\) mol/L.
Indicateur : à la demi-équivalence \(E=E^0_{\text{NH}_3}=-0{,}09\) V ; à la double équivalence \(E=E^0_{\text{BrO}_3}=0{,}68\) V. Aucun indicateur ne vire entre les deux. Alternative : titrer \(\text{NH}_3\) (base) par un acide fort.
Ex 25 — Acide arsénieux par le diiode
\(\text I_2+\text H_3\text{AsO}_3+\text H_2\text O\to\text H_3\text{AsO}_4+2\text H^++2\text I^-\) (stœchiométrie 1:1) : \(C=\frac{0{,}05\times9{,}35}{10}=4{,}68\cdot10^{-2}\) mol/L. L'amidon vire au violet dès qu'il y a du \(\text I_2\) en excès (après équivalence).
Ex 26 — Étalonnage MnO₄⁻ par l'acide oxalique
\(5\text H_2\text C_2\text O_4+2\text{MnO}_4^-+6\text H^+\to10\text{CO}_2+2\text{Mn}^{2+}+8\text H_2\text O\). Étalon : \(C_{ox}=\frac{1{,}28/126{,}065}{0{,}5}=0{,}0203\) mol/L. Stœchiométrie 5:2 : \(C_{per}=\frac{2C_{ox}V_i}{5V_{eq}}=\frac{2\times0{,}0203\times20}{5\times14{,}7}=0{,}011\) mol/L. La solution rosit quand \(\text{MnO}_4^-\) est en excès. \(\log K=\frac{10(1{,}51-(-0{,}49))}{0{,}06}\Rightarrow K\approx10^{333}\) (immense).
\(\text I_2+2\text S_2\text O_3^{2-}\to2\text I^-+\text S_4\text O_6^{2-}\). Équivalence (1:2) : \(C_2=\frac{C_1V_{eq}}{2V_2}=\frac{0{,}10\times12}{2\times10}=0{,}06\) mol/L.
Avant l'équivalence, le potentiel est fixé par le couple \(\text I_2/\text I^-\). Pour \(V_1=6\) mL, tableau d'avancement (\(\xi=\frac{C_1V_1}{2}=3\cdot10^{-4}\)) : \([\text I_2]=1{,}88\cdot10^{-2}\), \([\text I^-]=3{,}76\cdot10^{-2}\) mol/L (\(V_f=16\) mL), d'où \(E=0{,}54+0{,}03\log\frac{[\text I_2]}{[\text I^-]^2}=0{,}57\) V. Pour \(V_1=9\) mL : \(E\approx0{,}56\) V.
\(2\text{MnO}_4^-+5\text{SO}_2+2\text H_2\text O\to2\text{Mn}^{2+}+5\text{SO}_4^{2-}+4\text H^+\). Stœchiométrie 2:5 : \(C_{\text{SO}_2}=\frac{5C_{Mn}V_{eq}}{2V_S}=\frac{5\times10^{-3}\times18{,}8\cdot10^{-3}}{2\times0{,}25} =1{,}88\cdot10^{-4}\) mol/L.
Masse dans 10 m³ : \(n=1{,}88\cdot10^{-4}\times0{,}250=4{,}7\cdot10^{-5}\) mol, soit \(4{,}7\cdot10^{-6}\) mol/m³ → \(m=3\) mg/m³. \(3\) mg \(\ll50\) g/m³ (norme OMS) : pas d'épuration nécessaire.
Pour \(V=30\) mL (après équivalence, pH = 1) : le potentiel est celui de \(\text{MnO}_4^-/\text{Mn}^{2+}\). Tableau d'avancement puis \(E=1{,}51+\frac{0{,}06}{5}\log\frac{[\text{MnO}_4^-][\text H^+]^8}{[\text{Mn}^{2+}]} =1{,}41\) V.
Partie H — Courbes intensité-potentiel
Couples \(\text{MnO}_2/\text{MnO(OH)}\) et \(\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}\). À concentrations 1 mol/L, \(E=E^0\). Réaction : \(2\text{MnO}_2+2\text H^++\text{Zn}\to\text{Zn}^{2+}+2\text{MnO(OH)}\), délivrant 1,5 V.
Lecture graphique : (a) les potentiels tracés = les \(E^0\) (car \(E=E^0\)). (b) à \(I=0{,}2\) A, \(U\approx0{,}4-(-0{,}4)=0{,}8\) V. (c) pour \(U=1{,}3\) V (symétrique) : \(I\approx0{,}05\) A. (d) \(R=\frac{U}{I}=\frac{1{,}3}{0{,}05}=26\ \Omega\).
À pH 2, \([\text{Fe}^{2+}]=10^{-3}\) : \(E_{Fe}=-0{,}44+0{,}03\log(10^{-3})=-0{,}35\), \(E_{\text H^+/\text H_2}=0+0{,}03\log(10^{-4})=-0{,}12\) V. Comme \(E_{\text H^+}>E_{Fe}\) : réaction \(2\text H^++\text{Fe}\to\text{Fe}^{2+}+\text H_2\), le fer se corrode. Les courbes i-E se croisent (courant de corrosion, \(i_a=-i_c\)).
Cuivre : \(E_{Cu}=0{,}34+0{,}03\log(10^{-3})=0{,}25\) V \(>E_{\text H^+}\) : pas de corrosion par \(\text H^+\). Mais avec l'acide nitrique (\([\text{NO}_3^-]=5\), \([\text{NO}]=0{,}1\)) : \(E_{\text{NO}_3^-/\text{NO}}=0{,}96+\frac{0{,}06}{3}\log\frac{[\text H^+]^4[\text{NO}_3^-]}{[\text{NO}]}=0{,}83>0{,}25\) → \(3\text{Cu}+2\text{NO}_3^-+8\text H^+\to3\text{Cu}^{2+}+2\text{NO}+4\text H_2\text O\) : le cuivre est corrodé par l'acide nitrique.
Ex 31 — Magnésium en milieu acide (pH 0)
\(\text{Mg}+2\text H^+\to\text{Mg}^{2+}+\text H_2\). n.o. : Mg 0→+II, H +I→0. Ce n'est pas une pile car les réactifs sont en contact (pas de séparation en demi-piles). \(E_{eq2}=-2{,}36+0{,}03\log(0{,}1)=-2{,}39\) V. \(i_a\) = courant anodique (oxydation du Mg), \(i_c\) = cathodique (réduction de \(\text H^+\)) ; \(i_a=-i_c\) (les électrons cédés sont captés). \(E_m\) = potentiel de corrosion (celui mesuré dans le bécher).
Ex 32 — Zinc et HCl (surtension)
\([\text{Zn}^{2+}]<1\Rightarrow E_{Zn}<-0{,}76\) ; \(P_{\text H_2}<1\), \([\text H^+]>10^{-3}\Rightarrow E_{\text H^+}>-0{,}18\) V. Donc \(\text H^+\) est l'oxydant fort : \(\text{Zn}+2\text H^+\to\text{Zn}^{2+}+\text H_2\) (thermodynamiquement possible). En pratique le zinc n'est quasi pas attaqué : c'est dû à la grande surtension du couple \(\text H^+/\text H_2\) sur le zinc, qui bloque cinétiquement la réaction (les courbes i-E ne se recouvrent quasiment plus).
4. Table des potentiels standards (\(E^0\) / ESH, 25 °C)
Valeurs utilisées dans le TD (oxydant en haut = le plus fort). Classées par \(E^0\) décroissant.
| Couple Ox / Red | Demi-équation | \(E^0\) (V) |
|---|---|---|
| MnO₄⁻ / Mn²⁺ | \(\text{MnO}_4^-+8\text H^++5e^-=\text{Mn}^{2+}+4\text H_2\text O\) | 1,51 |
| O₂ / H₂O | \(\text O_2+4\text H^++4e^-=2\text H_2\text O\) | 1,36 |
| Cr₂O₇²⁻ / Cr³⁺ | \(\text{Cr}_2\text O_7^{2-}+14\text H^++6e^-=2\text{Cr}^{3+}+7\text H_2\text O\) | 1,33 |
| NO₃⁻ / NO | \(\text{NO}_3^-+4\text H^++3e^-=\text{NO}+2\text H_2\text O\) | 0,96 |
| Ag⁺ / Ag | \(\text{Ag}^++e^-=\text{Ag}\) | 0,80 |
| Fe³⁺ / Fe²⁺ | \(\text{Fe}^{3+}+e^-=\text{Fe}^{2+}\) | 0,77 |
| I₂ / I⁻ | \(\text I_2+2e^-=2\text I^-\) | 0,54–0,62 |
| BrO₃⁻ / Br⁻ | \(\text{BrO}_3^-+6\text H^++6e^-=\text{Br}^-+3\text H_2\text O\) | 0,58 |
| Cu²⁺ / Cu | \(\text{Cu}^{2+}+2e^-=\text{Cu}\) | 0,34 |
| CH₃CHO / éthanol | \(\text{CH}_3\text{CHO}+2\text H^++2e^-=\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}\) | 0,19 |
| SO₄²⁻ / SO₂ | \(\text{SO}_4^{2-}+4\text H^++2e^-=\text{SO}_2+2\text H_2\text O\) | 0,16 |
| S₄O₆²⁻ / S₂O₃²⁻ | \(\text S_4\text O_6^{2-}+2e^-=2\text S_2\text O_3^{2-}\) | 0,08 |
| H⁺ / H₂ (référence) | \(2\text H^++2e^-=\text H_2\) | 0,00 |
| NH₃ / N₂ (couple oxydant N₂) | \(\text N_2+6\text H^++6e^-=2\text{NH}_3\) | −0,09 |
| Pb²⁺ / Pb | \(\text{Pb}^{2+}+2e^-=\text{Pb}\) | −0,13 |
| Fe²⁺ / Fe | \(\text{Fe}^{2+}+2e^-=\text{Fe}\) | −0,44 |
| CO₂ / H₂C₂O₄ | \(2\text{CO}_2+2\text H^++2e^-=\text H_2\text C_2\text O_4\) | −0,49 |
| Zn²⁺ / Zn | \(\text{Zn}^{2+}+2e^-=\text{Zn}\) | −0,76 |
| Mg²⁺ / Mg | \(\text{Mg}^{2+}+2e^-=\text{Mg}\) | −2,36 |
Références secondaires : ECS (\(\text{Hg}_2\text{Cl}_2/\text{Hg}\)) \(0{,}24\) V/ESH ; chlorure d'argent \(0{,}197\) V/ESH.
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