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Réactions d’oxydo-réduction

Exemples de réactions d'oxydo-réduction, oxydants et réducteurs, les différents types de réactions Red-Ox 

Qu'est-ce qu'une réaction redox ?

Une réaction redox ou d'oxydo-réduction est un type de réaction chimique qui met en œuvre un transfert d'électrons entre deux espèces.
On peut dire qu'il y a eu un transfert d'électrons dès qu'il y a une variation de nombres d'oxydation entre les réactifs et les produits.
Une réaction aluminothermique est très exothermique et produit de la chaleur, de la lumière et des gouttelettes de fer fondu.
Beaucoup de lumière et de chaleur dégagées = réaction chimique ! Voici une réaction aluminothermique, qui est aussi une réaction redox. La réaction est la suivante : start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, plus, 2, start text, A, l, end text, right arrow, 2, start text, F, e, end text, plus, start text, A, l, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, point Image de réaction d'aluminothermie par Nikthestunned provenant de Wikimedia Commons, CC-BY-SA 3,0.
Les réactions redox sont omniprésentes ! Le corps humain les utilise pour convertir la nourriture et l'oxygène en énergie, en eau mais aussi en start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript qu'on expire. Le fonctionnement des batteries des appareils électroniques repose aussi sur des réactions redox. On verra cela lorsqu'on abordera l'électrochimie. Connaissez-vous d'autres exemples de réaction redox qui ont lieu autour de nous ?

Un exemple et les termes à connaître

Il existe plusieurs termes associés aux réactions redox et il est important d'être à l'aise avec ceux-ci. On va voir ces termes à travers cet exemple de réaction :
2, start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, start text, C, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, 4, start text, F, e, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
Voici quelques questions auxquelles on veut être capable de répondre :
1, point, space Est-ce une réaction redox, et comment le sait-on ?
2, point, space S'il s'agit d'une réaction redox, quelle est l'espèce réduite et quelle est l'espèce oxydée ? 3, point, space Quel est l'agent réducteur dans cette réaction ?
4, point, space Quel est l'agent oxydant dans cette réaction ?
Question 1:
A partir du titre de l'article, on peut deviner la réponse à la première partie de la question. Oui, ceci est probablement une réaction redox, mais comment peut-on en être sûr ? On a besoin de montrer qu'un transfert d'électrons a lieu. Pour cela, on vérifie s'il y a une variation de nombres d'oxydation entre les réactifs et les produits.
Après avoir déterminé les nombres d'oxydation pour chaque atome des réactifs et des produits, on obtient ce qui suit :
2, start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, start text, C, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, 4, start text, F, e, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 3, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
start color #aa87ff, space, space, space, \downarrow, space, space, space, space, \downarrow, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, \downarrow, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, \downarrow, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, \downarrow, space, space, space, \downarrow, end color #aa87ff, space, space, space, space, space, space, space, space, space start color #aa87ff, plus, 3, comma, minus, 2, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, 0, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, 0, space, space, space, space, space, space, space, space, plus, 4, comma, minus, 2, end color #aa87ff, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start text, left parenthesis, N, o, m, b, r, e, s, space, d, apostrophe, o, x, y, d, a, t, i, o, n, right parenthesis, end text
On utilise les nombres d'oxydation pour répondre à la deuxième partie de la question 1 et montrer que les nombres d'oxydation du carbone et du fer changent au cours de la réaction en raison d'un transfert d'électrons.
Question 2 :
Le carbone est oxydé puisqu'il perd des électrons comme le montre son nombre d'oxydation qui passe de 0 à plus, 4.
Le fer est réduit et gagne des électrons puisque son nombre d'oxydation passe de plus, 3 à 0.
Question 3 :
L'agent réducteur est le réactif qui est oxydé (et qui entraîne la réduction d'une autre espèce), donc start text, C, end text, left parenthesis, s, right parenthesis est ici l'agent réducteur.
Question 4 :
L'agent oxydant est le réactif qui est réduit (et qui provoque l'oxydation d'un autre composé), donc start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis est l'agent oxydant.

Quelques types courants de réactions redox

Les réactions redox constituent une catégorie importante de réactions et il est donc nécessaire d'être capable de les reconnaître. Il existe quelques types particuliers de réactions redox qu'il est préférable de maîtriser. Pour chaque exemple, essayez de déterminer ce qui a été réduit et ce qui a été oxydé !
1, point, spaceRéactions de combustion
Une réaction de combustion est une réaction redox ayant lieu entre un composé et de l'oxygène moléculaire (start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript), et conduisant à la formation de produits contenant de l'oxygène. Si l'un des réactifs est un hydrocarbure, alors on forme au moins du dioxyde de carbone et de l'eau.
La réaction suivante correspond à la combustion de l'octane, un hydrocarbure. L'octane est un composant de l'essence et sa combustion a lieu à l'intérieur du moteur de nombreuses voitures :
2, start text, C, end text, start subscript, 8, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 18, end subscript, plus, 25, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, right arrow, 16, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, plus, 18, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text
2, point, spaceRéactions de dismutation
Une réaction de dismutation (ou réaction d'auto-oxydation) est une réaction au cours de laquelle un seul réactif est à la fois oxydé et réduit. La réaction suivante correspond à la réaction de dismutation de l'ion hypochlorite, start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript :
3, start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, C, l, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 2, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
En étudiant les nombres d'oxydation du chlore, on s'aperçoit que le réactif start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript est oxydé en start text, C, l, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript car le nombre d'oxydation du chlore passe alors de plus, 1 à plus, 5. En parallèle, le chlore dans d'autres molécules de start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript est réduit en start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript car dans ce cas le nombre d'oxydation du chlore passe de plus, 1 à minus, 1. L'oxygène a un nombre d'oxydation égal à minus, 2 que ce soit dans start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript ou dans start text, C, l, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript. Il n'est donc ni oxydé ni réduit au cours de cette réaction.
3, point, spaceRéactions de déplacement simple
Une réaction de déplacement simple met en œuvre deux éléments qui échangent leurs places dans un composé. Par exemple, beaucoup de métaux réagissent avec de l'acide dilué pour former des sels et du dihydrogène gazeux. La réaction suivante est une réaction de déplacement simple entre le zinc sous forme métal et une solution aqueuse d'acide chlorhydrique, dans laquelle le zinc vient remplacer l'hydrogène :
start text, Z, n, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, 2, start text, H, C, l, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, Z, n, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis

Équilibrer une réaction redox à l'aide des demi-équations électroniques

L'équation-bilan d'une réaction redox peut être divisée en deux demi-équations électroniques, une pour la réduction et une pour l'oxydation. Les chimistes utilisent ces demi-équations électroniques pour visualiser plus facilement le transfert d'électrons. Elles sont aussi utiles pour équilibrer l'équation-bilan. On va écrire les demi-équations de cet autre exemple de réaction :
start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, C, u, end text, left parenthesis, s, right parenthesis
L'équation-bilan de cette réaction est-elle équilibrée ? Le nombre d'atomes a été équilibré : de chaque côté de la flèche, on a 1 atome d'start text, A, l, end text et 1 atome destart text, C, u, end text. Cependant, lorsqu'on additionne les charges du côté des réactifs, on obtient une charge 2, plus, alors que du côté des produits on a une charge 3, plus. On doit s'assurer que les atomes ainsi que les charges sont équilibrées ! On va utiliser la méthode des demi-équations pour équilibrer l'équation-bilan de la réaction.
Demi-équation de réduction : La demi-équation de réduction indique les réactifs et les produits qui participent à l'étape de réduction. On commence par écrire l'étape de réduction de start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript en start text, C, u, end text, left parenthesis, s, right parenthesis :
start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, C, u, end text, left parenthesis, s, right parenthesis
Cependant, ceci n'est pas la bonne demi-équation puisque les charges ne sont pas équilibrées. Il y a une charge totale 2, plus du côté des réactifs et une charge nulle du côté des produits. On équilibre les charges faisant apparaître les électrons qui sont transférés. On obtient alors la demi-équation de réduction suivante :
start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 2, e, start superscript, minus, end superscript, right arrow, start text, C, u, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #11accd, start text, D, e, m, i, negative, e, with, \', on top, q, u, a, t, i, o, n, space, d, e, space, r, e, with, \', on top, d, u, c, t, i, o, n, end text, end color #11accd
La demi-équation indique que start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript gagne 2, e, start superscript, minus, end superscript par atome de cuivre pour former start text, C, u, end text, start superscript, 0, end superscript. Mais d'où viennent ces électrons ? On suit la trace des électrons à l'aide de la demi-équation d'oxydation.
Demi-équation d'oxydation : La demi-équation d'oxydation montre les réactifs et les produits qui participent à l'étape d'oxydation. Cette réaction conduit à l'oxydation d'start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis en start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript. On s'assure aussi que la demi-équation est bien équilibrée au niveau des charges et on obtient ce qui suit :
start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, 3, e, start superscript, minus, end superscript, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, space, start color #11accd, start text, D, e, m, i, negative, e, with, \', on top, q, u, a, t, i, o, n, space, d, apostrophe, o, x, y, d, a, t, i, o, n, end text, end color #11accd
La demi-équation d'oxydation indique que chaque atome de start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis perd 3, e, start superscript, minus, end superscript pour former start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript.
On combine les deux demi-équations équilibrées pour obtenir l'équation-bilan équilibrée. Mais attention à une dernière chose : les électrons doivent s'annuler dans l'équation-bilan. Une autre façon de voir ceci est de se dire qu'on doit s'assurer que les électrons libérés dans la demi-équation d'oxydation sont bien utilisés dans la demi-équation de réduction. Dans le cas contraire, on se retrouverait avec des électrons errants ! On doit donc transférer le même nombre d'électrons dans chaque demi-équation.
On multiplie la demi-équation de réduction par 3 et la demi-équation d'oxydation par 2 afin de faire apparaître le transfert de 6 électrons dans chaque réaction :
3×[Cu2+(aq)+2eCu(s)]                   3×demi-eˊquation de reˊduction2×[Al(s)Al3+(aq)+3e]                     2×demi-eˊquation d’oxydation\redD{3} \times [\text {Cu}^{2+}(aq) +{2e^-} \rightarrow \text{Cu}(s)]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~3 \times \text{demi-équation de réduction}\\ \greenD{2} \times [\text {Al}(s) \rightarrow \text{Al}^{3+}(aq) +{3e^-} ]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~2 \times \text{demi-équation d'oxydation}
Maintenant qu'on a le même nombre d'électrons dans chaque demi-équation, on fait l'addition des deux pour obtenir l'équation-bilan équilibrée :
6e+3Cu2+(aq)                      3Cu(s)      3×demi-eˊquation de reˊduction2Al(s)                       2Al3+(aq)+6e         2×demi-eˊquation d’oxydation2Al(s)+3Cu2+(aq)2Al3+(aq)+3Cu(s)        Equation-bilan eˊquilibreˊe\begin{aligned} \cancel{6e^-}+\redD{3} \text {Cu}^{2+}(aq) &\rightarrow ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\redD{3}\text{Cu}(s) ~~~~~~3 \times \text{demi-équation de réduction}\\ \\\greenD{2} \text {Al}(s) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~&\rightarrow \greenD{2}\text{Al}^{3+}(aq) +\cancel{6e^-} ~~~~~~~~~2 \times \text{demi-équation d'oxydation}\\ \\\hline \greenD{2}\text {Al}(s) + \redD{3}\text {Cu}^{2+}(aq) &\rightarrow \greenD{2}\text {Al}^{3+}(aq) + \redD{3}\text{Cu}(s) ~~~~~~~~\text{Equation-bilan équilibrée}\end{aligned}
Pour finir, on vérifie si un réactif ou un produit apparaît des deux côtés de l'équation. Comme ce n'est pas le cas ici, on peut dire qu'on a fini ! Cette équation est équilibrée au niveau du nombres d'atomes et des charges.

À retenir

Une variation de nombres d'oxydation dans une réaction indique qu'il s'agit d'une réaction redox. Les équations des réactions redox peuvent être divisées en deux demi-équations d'oxydation et de réduction. On utilise cette méthode des demi-équations pour équilibrer les réactions redox et s'assurer que le nombre d'atomes et les charges sont équilibrés. La combustion, la dismutation et les réactions de déplacement simple sont trois types courants de réaction redox.

À vous de jouer !

Exercice 1

Quelle est l'équation-bilan équilibrée de la réaction redox suivante ?
start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis
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  • leaf green style l'avatar de l’utilisateur Stochastique de Olduvai
    Bonjour. Merci beaucoup pour ce cours clairement expliqué ! Il y a cependant quelque chose que je ne comprends pas. En fac, on équilibre les demi équations redox avec H2O et H3O+ mais je ne vois pas trop l’intérêt ( Et c'est d'un casse-tête pas possible ! ). Si quelqu'un peut m’expliquer pourquoi et si ça change vraiment quelque chose ? Merci
    (9 votes)
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  • blobby green style l'avatar de l’utilisateur oukour
    bien redigé et bien abordés, merci de faire plus sur les reaction de deplacement simple
    (1 vote)
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