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Exercice n°9 : Demi-équations électroniques d'oxydoréduction.
a. $Zn^{ \ 2+ }_{(aq)} \ + \ 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} Zn_{(s)} $
b. $Al^{ \ 3+ }_{(aq)} \ + \ 3 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} Al_{(s)} $
c. $I^{ \ 3+ }_{2(aq)} \ + \ 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ 2 I^{ \ - }_{(aq)} $
d. $S_4O^{ \ 2- }_{6(aq)} \ + \ 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ 2 S_2O^{ \ 2- }_{3(aq)} $
Exercice n°10 : Espèces conjuguées.
a. $Br_{2(aq)} \ + \ 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ 2Br^{ \ - }_{(aq)} $
b. $Sn^{ \ 2+ }_{(aq)} \ + \ 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ Sn_{(s)} $
c. $MnO_{2(s)} \ + \ 4 H^{ \ +}_{(aq)} + 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ Mn^{ \ 2+ }_{(aq)} + \ 2 H_2O_{(l)}$
NB : Pour la première question, les espèces appartenant au même couple sont notées en bleu.
1.
a. $\color{blue}{Br_{2(aq)} }\ + \ 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ \color{blue}{Br^{ \ - }_{(aq)}} $
b. $ \color{blue}{Sn^{ \ 2+ }_{(aq)}} \ + \ 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ \color{blue}{Sn_{(s)}} $
c. $\color{blue}{MnO_{2(s)}} \ + \ 4 H^{ \ +}_{(aq)} + 2 e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ \color{blue}{Mn^{ \ 2+ }_{(aq)}} + \ 2 H_2O_{(l)}$
2. L'oxydant étant une espèce capable de capter des électrons, elle se situe du même côté que les électrons dans la demi-équation électronique.
a. $Br_{2(aq)} \ / \ Br^{ \ - }_{(aq)} $
b. $Sn^{ \ 2+ }_{(aq)} \ / \ Sn_{(s)} $
c. $MnO_{2(s)} \ / \ Mn^{ \ 2+ }_{(aq)} $
Exercice n°11 : Identifaication d'un oxydant et d'un réducteur.
1.
a. $2 \ \color{black}{Ag_{(aq)}^{ \ + }} \ + \ \color{blue}{H_{ \ 2(g)}} \longrightarrow \ 2Ag_{ (s) } + 2 H^+_{(aq)} $
b. $ \color{black}{S_2O^{ \ 2- }_{8(aq)}} \ + \ \color{blue}{Cu_{(s)}} \longrightarrow \ 2 \ SO_{4(aq)}^{ \ 2+} \ + \ Cu^{ \ 2+}_{(aq)} $
c. $ \color{black}{Au_{(aq)}^{ \ 3+}} \ + \ 3 \ \color{blue}{Fe^{ \ 2+}_{(aq)}} \longrightarrow \ Au_{(s)} + \ 3 \ Fe_{(s)}^{ \ 3+}$
2. Les couples oxydant/réducteur sont :
a. $Ag_{(aq)}^{ \ +} \ / \ Ag_{(s)}$ et $ H^{ \ +} \ / \ H_{ \ 2(aq)}$
b. $S_2O^{ \ 2- }_{8(aq)} \ / SO_{4(aq)}^{ \ 2+} $ et $Cu^{ \ 2+}_{(aq)} \ / \ Cu_{(s)}$
c. $ Au_{(aq)}^{ \ 3+} \ / \ Au_{(s)}$ et $Fe^{ \ 2+}_{(aq)} \ / \ Fe_{(s)}$
Exercice n°12 : Argent.
1. Equation : $2 \ Ag^{ \ + }_{(aq)} \ + \ Pb_{(s)} \ \longrightarrow \ 2 \ Ag_{(s)} \ + \ Pb^{ \ 2+}_{(aq)}$
2. L'ion argent $Ag^{ \ +}_{(aq)}$ a capté des électrons au plomb $Pb_{(s)}$. Il s'agit bien d'une réaction d'oxydoréduction.
3. Les couples intervenant sont : $Ag^{ \ +}_{(aq)} \ / Ag_{(s)} \ \ et \ \ Pb^{ \ 2+}_{(aq)} \ / \ Pb_{(s)}$
4. $Ag^{ \ +}_{(aq)} \ + \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ Ag_{(s)}$
$ Pb_{(s)} \ \overrightarrow{\longleftarrow} \ Pb^{ \ 2+}_{(aq)} \ + \ 2 \ e^{ \ - }$
Exercice n°14 : Réactions possibles.
1. L'ion $ Fe^{ \ 2+ }_{(aq)}$ ne peut pas réagir sur l'ion $I^{ \ -}$ car ils sont tous les deux réducteurs des couples proposés.
Par contre, l'ion $ Fe^{ \ 2+ }_{(aq)}$ étant le réducteur d'un couple, il peut réduire l'oxydant ($I_{2(aq)}$) d'un autre couple.
2. Le diiode $ I_{2(aq)}$ étant l'oxydant d'un couple, il peut oxyder le réducteur ($Al_{(s)}$) d'un autre couple.
Par contre, le diiode $ I_{2(aq)}$ et l'ion $Al^{ \ 3+ }_{(aq)}$ étant tous les deux des oxydants, ils ne peuvent pas réagir ensemble.
Exercice n°15 : En milieu acide ou basique ?
1a. $PbO_{2(s)} \ / PbO_{(s)}$
$PbO_{2(s)} \overrightarrow{\longleftarrow} PbO_{(s)}$
De l'oxygène apparaît dans le couple, il faudra introduire des ions $H^{ \ +}_{(aq)}$ du côté de l'oxydant et de l'eau $H_2O_{(l)}$ du côté du réducteur.
$PbO_{2(s)} + H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} PbO_{(s)} + \ H_2O_{(l)}$
On équilibre l'oxygène de chaque côté (c'est déjà le cas).
$PbO_{\color{red}{2(s)}} + H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ \color{red}{1} \ PbO_{(s)} + \color{red}{1} \ H_2O_{(l)}$
On équilibre l'hydrogène de chaque côté .
$PbO_{2(s)} + \ \color{red}{ \ 2}H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ PbO_{(s)} + \ H_{\color{red}{ \ 2}}O_{(l)}$
On équilibre la charge.
$PbO_{2(s)} + \ 2 \ H^{ \ +}_{(aq)} + \color{red}{ \ 2 } \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ PbO_{(s)} + \ H_{ \ 2}O_{(l)}$
1b. $NO_{3(aq)}^{ \ -} \ / NO_{(g)}$
$NO_{3(aq)}^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} NO_{(g)}$
De l'oxygène apparaît dans le couple, il faudra introduire des ions $H^{ \ +}_{(aq)}$ du côté de l'oxydant et de l'eau $H_2O_{(l)}$ du côté du réducteur.
$NO_{3(aq)}^{ \ -} + H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} NO_{(g)} \ + \ H_2O_{(l)}$
On équilibre l'oxygène de chaque côté.
$NO_{3(aq)}^{ \ -} + H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} NO_{(g)} \ + \ \color{red}{ \ 2} H_2O_{(l)}$
On équilibre l'hydrogène de chaque côté .
$NO_{3(aq)}^{ \ -} + \ \color{\red}{ \ 4} \ H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ NO_{(g)} \ + \ \color{red}{ \ 2} H_{\color{\red}{2}}O_{(l)}$
On équilibre la charge.
$NO_{3(aq)}^{ \ -} + \ 4 \ H^{ \ +}_{(aq)} + \color{\red}{3} \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ NO_{(g)} \ + \ 2 H_{2}O_{(l)}$
1c. $ClO_{(aq)}^{ \ -} \ / Cl_{(aq)}^{ \ -}$
$ClO_{(aq)}^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} / Cl_{(aq)}^{ \ -}$
De l'oxygène apparaît dans le couple, il faudra introduire des ions $H^{ \ +}_{(aq)}$ du côté de l'oxydant et de l'eau $H_2O_{(l)}$ du côté du réducteur.
$ClO_{(aq)}^{ \ -} + H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ Cl_{(aq)}^{ \ -} \ + \ H_2O_{(l)}$
On équilibre l'oxygène de chaque côté.
$\color{red}{ \ 1} \ ClO_{(aq)}^{ \ -} + H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ Cl_{(aq)}^{ \ -} \ + \ \color{red}{ \ 1} H_2O_{(l)}$
On équilibre l'hydrogène de chaque côté .
$ClO_{(aq)}^{ \ -} + \ \color{\red}{ \ 2} \ H^{ \ +}_{(aq)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ Cl_{(aq)}^{ \ -} \ + \ H_{\color{\red}{2}}O_{(l)}$
On équilibre la charge.
$ClO_{(aq)}^{ \ -} + \ 2 \ H^{ \ +}_{(aq)} + \color{\red}{1} \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ Cl_{(aq)}^{ \ -} \ + \ H_{2}O_{(l)}$
2. Il suffit donc de remplacer autant d'ions hydroxyde $HO^{ \ -}_{(aq)}$ qu'il y a d'ions oxonium $H^{ \ +}$. Ils se combieront pour être remplacer par au tant de molécules d'eau $H_2O_{(l)}$, puis de simplifier les molécules d'eau en excès.
2a. $PbO_{2(s)} \ / PbO_{(s)}$
On ajoute les ions hydroxyde.
$PbO_{2(s)} + \ \color{\red}{1} \ H^{ \ +}_{(aq)} \ + \ \color{\red}{1 \ HO^{ \ -}_{(aq)}}+ \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ PbO_{(s)} \ + \ H_{2}O_{(l)} \ + \ \color{\red}{1 \ HO^{ \ -}_{(aq)}}$
Les ions $H^{ \ +}_{(aq)}$ et $HO^{ \ - }_{(aq)}$ se combinent pour donner autant de molécules d'eau $H_2O_{(l)}$.
$PbO_{2(s)} + \ \color{\red}{1} \ H_{2}O_{(l)} + \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ PbO_{(s)} \ + \ H_{2}O_{(l)} \ + \ HO^{ \ -}_{(aq)}$
On peut retirer la molécule d'eau $H_2O_{(l)}$ de chaque côté.
$PbO_{2(s)} + \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ PbO_{(s)} \ + \ HO^{ \ -}_{(aq)}$
2b. $NO_{3(aq)}^{ \ -} / NO_{(g)}$
On ajoute les ions hydroxyde.
$NO_{3(aq)}^{ \ -} + \ \color{\red}{4} \ H^{ \ +}_{(aq)} \ + \ \color{\red}{4 \ HO^{ \ -}_{(aq)}}+ \ 3 \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ NO_{(g)} \ + \ 2 H_{2}O_{(l)} \ + \ \color{\red}{4 \ HO^{ \ -}_{(aq)}}$
Les ions $H^{ \ +}_{(aq)}$ et $HO^{ \ - }_{(aq)}$ se combinent pour donner autant de molécules d'eau $H_2O_{(l)}$.
$NO_{3(aq)}^{ \ -} + \ \color{\red}{4 \ H_{2}O_{(l)}} + \color{\red}{3} \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ NO_{(g)} \ + \ 2 H_{2}O_{(l)} \ + \ 4 \ HO^{ \ -}_{(aq)}$
On peut retirer 2 molécules d'eau $H_2O_{(l)}$ de chaque côté.
$NO_{3(aq)}^{ \ -} + \ 2 \ H_{2}O_{(l)} + \color{\red}{3} \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ NO_{(g)} \ + \ 4 \ HO^{ \ -}_{(aq)}$
2c. $ClO_{(aq)}^{ \ -} \ / Cl_{(aq)}^{ \ -}$
On ajoute les ions hydroxyde.
$ClO_{(aq)}^{ \ -} + \ \color{\red}{2} \ H^{ \ +}_{(aq)} \ + \ \color{\red}{2 \ HO^{ \ -}_{(aq)}}+ \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \Cl_{(aq)}^{ \ -} \ + \ H_{2}O_{(l)} \ + \ \color{\red}{2 \ HO^{ \ -}_{(aq)}}$
Les ions $H^{ \ +}_{(aq)}$ et $HO^{ \ - }_{(aq)}$ se combinent pour donner autant de molécules d'eau $H_2O_{(l)}$.
$ClO_{(aq)}^{ \ -} + \ \color{\red}{2 \ H_{2}O_{(l)}} + \ e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ Cl_{(aq)}^{ \ -} \ + \ H_{2}O_{(l)} \ + \ 2 HO^{ \ -}_{(aq)}$
On peut retirer une molécule d'eau $H_2O_{(l)}$ de chaque côté.
$ClO_{(aq)}^{ \ -} + \ H_{2}O_{(l)} + e^{ \ - } \overrightarrow{\longleftarrow} \ Cl_{(aq)}^{ \ -} \ + \ 2 \ HO^{ \ -}_{(aq)}$
Exercice n°16 : Encre sympathique.
1a. Les epèces réagissant sont : le diiode $I_2$ et l'acide ascorbique $C_6H_8O_6$.
Les deux demi-équations sont :
$I_{2(aq)} \ + 2 \ e^{ \ -} \overrightarrow{\longleftarrow} \ 2 \ I^{ \ -}_{(aq)} $
$C_6H_8O_{6(aq)} \ \overrightarrow{\longleftarrow} \ C_6H_6O_{6(aq)} \ + \ 2 \ H^{ \ +} \ 2 \ e^{ \ -} $
1b. La réaction d'oxydoréduction est :
$C_6H_8O_{6(aq)} \ + \ I_{2(aq)} \ \overrightarrow{\longleftarrow} \ C_6H_6O_{6(aq)} \ + \ 2 \ H^{ \ +} \ + \ 2 \ I^{ \ -}_{(aq)} $
2a. Les epèces réagissant sont : l'eau oxygénée $H_2O_2$ et les ions $I^{ \ -}$ apparus lors de la première étape.
Les deux demi-équation sont :
$ 2 \ I^{ \ -}_{(aq)} \ \overrightarrow{\longleftarrow} \ I_{2(aq)} \ + 2 \ e^{ \ -}$
$H_2O_{2(aq)} \ + \ 2 \ e^{ \ -} \ + \ 2 \ H^{ \ +} \overrightarrow{\longleftarrow} \ 2 \ H_2O{(l)} $
2b. La réaction d'oxydoréduction est :
$2 \ I^{ \ -}_{(aq)} \ + \ H_2O_{2(aq)} \ + \ 2 \ H^{ \ +} \ \overrightarrow \ \ I_{2(aq)} \ + 2 \ H_2O{(l)} $
Exercice n°29 : Circuit imprimé.
1.La fabrication met en jeu le cuivre $Cu_{(s)}$ et les ions $Fe_{(aq)}^{ \ 3+}$
Elle s'écrit : $ Cu_{(s)} \ + \ 2 \ Fe_{(aq)}^{ \ 3+} \ \longrightarrow \ Cu^{ \ 2+} \ + \ 2 \ Fe_{(aq)}^{ \ 2+}$
2a.La quantité de matière en ions $Fe_{(aq)}^{ \ 3+}$ est : $n_{Fe} \ = \ c \times V \ = \ 3,0 \ times 250.10^{ \ -3} \ = 0,75 \mol$
Une mole de cuivre réagissant avec deux moles dions fer (III), $n_{Cu} \ = \ \dfrac{ n_{Fe}}{2} \ = \ 0,38 \ mol$.
Soit une masse $m_Cu \ = \ n_{Cu} \times M_{Cu} \ = \ 0,38 \times 63,5 \ = 23,8 g$.
2b.La masse volumique du cuivre a pour expression $\rho \ = \ \dfrac{m}{V}$.
Le volume de la plaque s'écrit : $V \ = \ S \times h$.
Alors : $\rho \ = \ \dfrac{m}{S \times h}$ soit : $S \ = \ \dfrac{m}{\rho \times h} \ = \ \dfrac{23,8}{8,9 \times 30.10^{ \ -4}} \ = \ 891 \ cm^{ \ 2}$
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