17

Le dioxygène et le fer

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

2. Étape 2 : formation de l'hydroxyde de fer (III). Les couples qui interviennent sont \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{\mathrm{3}}(\mathrm{s}) / \mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{2}(\mathrm{s}) et \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) / \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}).

a. Écrire les demi-équations des couples.

b. En déduire l'équation bilan de la réaction.

3. Étape 3 : l'hydroxyde de fer se transforme en oxyde de fer (III).
La réaction s'écrit 2\:\mathrm{Fe}(\mathrm{OH})_{3}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3}(\mathrm{s})+3\:\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}).
Conclure sur le rôle de la molécule d'eau \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) dans ces trois équations bilan.

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Réactions d'oxydoréduction en QCM

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

1. Entre l'atome de cuivre \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) et l'ion cuivrique \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}), le réducteur est :

a. l'atome de \mathrm{Cu}(\mathrm{s}).

b. l'ion \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}).

c. ni l'un ni l'autre.

2. Dans la demi-équation redox de l'ion sulfate \mathrm{SO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq})+4\:\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})+2\:\mathrm{e}^{-} = \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) :

a. le sulfate \mathrm{SO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq}) est l'oxydant.

b. l'acide sulfureux \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{aq}) est le réducteur.

c. le sulfate \mathrm{SO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq}) est oxydé en acide sulfureux \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{3}(\mathrm{aq}).

d. le proton \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) est un oxydant.

3. La réaction d'équation
2\:\mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \rightarrow 2\:\mathrm{Ag}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) :

a. met en jeu les couples \operatorname{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{Ag}(\mathrm{s})\:;\:\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{Cu}(\mathrm{s}).

b. met en jeu les couples \mathrm{Ag}(\mathrm{s}) / \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})\:;\:\mathrm{Cu}(\mathrm{s}) / \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}).

c. correspond à la réduction de l'ion argent \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) par l'atome de cuivre \mathrm{Cu}(\mathrm{s}).

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Décapage d'un métal

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement, communiquer sur les étapes/Chemin de résolution

Le traitement de surface des pièces métalliques est primordial avant de les usiner. Différentes techniques existent pour cela. Une pièce d'aluminium de 100 g est décapée dans 1,00 L d'une solution d'acide chlorhydrique \left(\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})\:;\:\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\right). Une réaction a lieu sur la surface, éliminant une partie de l'aluminium qui passe en solution. Un dégagement gazeux incolore et extrêmement inflammable est observé.

3. Pourquoi l'emploi d'ustensiles de cuisine en aluminium est-il déconseillé quand on utilise des ingrédients acides comme le vinaigre ?

Couples redox mis en jeu :

• \mathrm{Al}^{3+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{Al}(\mathrm{s}) ;
• \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{H}_{2}(\mathrm{g}).

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Comprendre les attendus

Crampes musculaires

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

21

Eau forte

✔ REA : Agir de façon responsable/respecter les règles de sécurité
✔ RAI/MOD : La quantité de matière

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Bac

Origine des pluies acides

✔ APP : Extraire l'information utile sur supports variés/ schéma/texte

Une usine a eu un incident et du dioxyde de soufre \mathrm{SO}_{2}(\mathrm{g}) a été rejeté. Dans les jours suivants, des averses ont eu lieu à raison de 3,0 mm de pluie. La concentration mesurée dans les eaux de pluie donne une concentration en quantité de matière d'acide sulfurique c = 0,010 mol·L^-1.

5. Calculer la quantité d'acide qu'un champ d'un hectare a reçue lors de ces averses.

6. Quel volume de dioxyde de soufre émis correspond à la quantité retrouvée dans le champ ?

• Volume molaire : V_{m}= 24 L·mol^-1 ;
• 1 mm de pluie équivaut à 1 L/m² ;
• 1 ha = 10 000 m².

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La bouteille bleue

✔ RAI/ANA : Utiliser des observations/des documents pour répondre à une problématique


Du glucose \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_{6} en poudre est dissous dans une solution d'hydroxyde de sodium \left(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})\:;\:\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})\right). La solution est incolore. On ajoute un peu de bleu de méthylène et la solution devient bleue. Puis, quelques secondes plus tard, elle devient incolore. Mais si on agite le flacon, elle devient bleue à nouveau, puis incolore lorsqu'on cesse l'agitation. L'expérience peut être reproduite de nombreuses fois.
Le bleu de méthylène est une molécule organique dont le couple redox est noté \mathrm{B}^{2+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{BH}^{+}(\mathrm{aq}). C'est la forme \mathrm{B}^{2+}(\mathrm{aq}) qui est bleue. Le couple redox du glucose, quant à lui, sera noté \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{11} \mathrm{O}_{7}^{-}(\mathrm{aq}) / \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_{6}(\mathrm{aq}). En milieu basique, le couple du dioxygène est : \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) / \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}).

Suppléments numériques

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Électrolyse de l'eau

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique/physique : écrire l'équation/l'ajuster

Pour produire le dihydrogène et le dioxygène utilisé dans les piles à combustible, on peut réaliser l'électrolyse de l'eau. Pour cela, on connecte un générateur à deux électrodes plongées dans l'eau. Toutefois, cette dernière étant peu conductrice, l'ajout d'une solution acide contenant des ions \text{H}^{+} est nécessaire. On observe alors un dégagement de dioxygène à l'anode et de dihydrogène à la cathode.
Les couples en jeu sont les suivants :

\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) / \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l});\,\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{I}) / \mathrm{H}_{2}(\mathrm{g})

1. Expliquer les observations en écrivant les demi-équations qui se produisent aux deux électrodes sous l'action du courant électrique, puis l'équation bilan de la réaction.

2. Que peut-on dire de l'eau en termes d'oxydoréduction dans cette réaction ?

Le mélange gazeux \mathrm{H}_{2}(\mathrm{g}) / \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) est explosif. Ainsi, le Zeppelin LZ 129 Hindenburg, le plus grand dirigeable jamais construit, rempli de dihydrogène pour s'élever dans les airs, a explosé peu avant son atterrissage à New York suite à un incident qui a provoqué l'inflammation de ce gaz et tué 35 personnes, le 6 mai 1937.

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Dismutation de l'eau oxygénée \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{l})

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement, communiquer sur les étapes

La réaction 2\:\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})+2\:\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) est une réaction d'oxydoréduction.

Comment peut-on l'expliquer ?

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Copie d'élève à commenter

Proposer une justification pour chaque erreur relevée par le correcteur.