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Réducteurs et oxydants
P.154-155

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ACTIVITÉ D'EXPLORATION


5
Réducteurs et oxydants





Les réactions d’oxydoréduction sont des réactions au cours desquelles se produit un transfert d’électrons entre un réducteur, qui les cède, et un oxydant, qui les capte. Leur présence se retrouve dans de très nombreux domaines, de la biologie à la métallurgie.

➜ Quel caractère, oxydant ou réducteur, possède les espèces chimiques autour de nous ?


Objectif

  • Citer des oxydants et réducteurs usuels.


Doc. 1
Dioxygène

Présent dans l’air à hauteur de 2121 %, le dioxygène O2\text{O}_2 est une molécule essentielle au développement de la plupart des organismes. Son caractère oxydant est indispensable au processus biologique de la respiration, mais il intervient également dans les réactions de combustion en tant que comburant.

Ce sont principalement les algues vertes et les cyanobactéries en milieu aquatique qui fournissent l’essentiel du dioxygène O2(g)\text{O}_2\text{(g)} de l’atmosphère en oxydant l’eau H2O(l)\text{H}_2\text{O(l)} lors de la photosynthèse.

Doc. 2
Dichlore

photo de soldats lors de la première guerre mondiale

Utilisé au début de la Première Guerre mondiale comme arme chimique, le dichlore Cl2(g)\text{Cl}_2\text{(g)} est un gaz toxique jaune‑vert qui a été produit à grande échelle lors du conflit.

Sa toxicité provient de son puissant caractère oxydant.

Doc. 3
Acide ascorbique

Molécule d'acide ascorbique
L’acide ascorbique, plus connu sous le nom de vitamine C, est une molécule possédant des propriétés antioxydantes que l’on retrouve dans les fruits et les légumes frais.

Sa forte réactivité à l’égard des espèces oxydantes le conduit à former l’acide déshydroascorbique C6H6O6\text{C}_6\text{H}_6\text{O}_6, lequel peut être réduit à son tour grâce à l’action d’enzymes dans l’organisme.

Dans l’industrie agroalimentaire, il est employé comme conservateur dans de nombreux produits comme le vin et la bière.

Doc. 4
Dihydrogène

Dihydrogene

Le dihydrogène H2(aq)\text{H}_2\text{(aq)} est un gaz dans les conditions normales de température et de pression. Il s’agit de la plus petite molécule possible, si peu massique que la pesanteur terrestre n’est pas suffisamment intense pour pouvoir la retenir.

Chimiquement, le dihydrogène est un réducteur appartenant au couple H+(aq)/H2(g)\text{H}^+\text{(aq)/H}_2\text{(g)} lorsqu’il est en solution. Son oxydation est mise à profit dans les piles à combustible pour produire un courant électrique.

Doc. 5
Eau de javel

En 1820, en étudiant les propriétés désinfectantes des dérivés chlorés, le chimiste et pharmacien français Antoine Germain Labarraque met au point la première solution d’hypochlorite de sodium (Na+(aq);ClO(aq))(\text{Na}^+\text{(aq)} ; \text{ClO}^-\text{(aq))} à caractère médical. Son utilisation prend de l’ampleur au cours du XIXe\text{XIX}^\text{e} siècle, notamment comme désinfectant, ou dans le cadre du traitement de l’eau potable.

Les propriétés désinfectantes de l’eau de Javel sont dues à l’ion hypochlorite ClO(aq)\text{ClO}^-\text{(aq)}, puissant oxydant qui se réduit en ion chlorure Cl(aq)\text{Cl}^-\text{(aq)} en présence d’un réducteur.

Bouteille d'eau de javel

Doc. 6
Métaux

Canettes

Les métaux sont des réducteurs qui s’oxydent souvent en formant des cations monoatomiques. En réagissant avec le dioxygène de l’air, ceux‑ci peuvent former des oxydes (comme la rouille dans le cas du fer Fe(s)\text{Fe(s)}).

Certains métaux forment rapidement une fine couche d’oxyde protectrice, imperméable, qui leur permet de bloquer la progression de l’oxydation. Dans le cas de l’aluminium Al(s)\text{Al(s)}, l’oxyde le plus commun est l’oxyde d’aluminium Al2O3(s)\text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)}.

Compétences

APP : Extraire l’information utile

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

RAI/ANA : Utiliser et interpréter des documents

COM : Rédiger un compte‑rendu scientifiquement rigoureux

Questions

1. Après avoir rappelé les définitions des termes « oxydant » et « réducteur », lister dans un tableau tous les oxydants et réducteurs cités dans les doc. 1 à 6 (⇧).


Oxydant Réducteur

2. Le dichlore Cl2(aq)\text{Cl}_2\text{(aq)} dissous en solution aqueuse se réduit en ions chlorure Cl(aq)\text{Cl}^-\text{(aq)}. Écrire la demi‑équation d’oxydoréduction correspondante.


3. L’ion hypochlorite ClO(aq)\text{ClO}^-\text{(aq)}, présent dans l’eau de Javel, se réduit également en ion chlorure Cl(aq)\text{Cl}^-\text{(aq)} en milieu basique. Établir la demi‑équation associée à ce couple en milieu basique en l’équilibrant à l’aide de l’eau H2O(l)\text{H}_2\text{O(l)} et des ions hydroxyde HO(aq)\text{HO}^-\text{(aq)}.


La pile à combustible évoquée dans le doc. 4 (⇧) est un convertisseur d’énergie qui s’appuie sur une réaction d’oxydoréduction entre le dihydrogène H2(aq)\text{H}_2\text{(aq)} et le dioxygène O2(aq)\text{O}_2\text{(aq)} lors de sa décharge.

4. Établir les deux demi‑équations d’oxydoréduction en identifiant dans les doc. 1 (⇧) et 4 (⇧) les espèces à considérer. Écrire l’équation globale de la réaction.


5. Dans le cas de l’oxydation des métaux évoquée dans le doc. 6 (⇧), l’aluminium métallique Al(s)\text{Al(s)} se transforme en alumine Al2O3(s)\text{Al}_2\text{O}_3\text{(s)}. En déduire la demi‑équation d’oxydoréduction correspondante en milieu acide.


6. Écrire la réaction d’oxydoréduction responsable de l’oxydation de l’aluminium exposé à l’air.


7. Le dioxygène joue également un rôle dans l’oxydation des alcools présents dans les boissons alcoolisées. À l’aide d’une équation de réaction d’oxydoréduction, mettre en évidence l’intérêt de rajouter de l’acide ascorbique dans le cadre de la conservation de ces boissons.
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Synthèse de l'activité

Lister quelques applications des réactions d’oxydoréduction en indiquant le rôle des espèces chimiques impliquées.
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