Chimie · Prépa 2e année · 1 leçon

Fiche de révision : Oxydoréduction en solution aqueuse

L’essentiel de chaque leçon du chapitre, tel qu’il est écrit dans le cours : à relire, à imprimer, puis à vérifier par l’entraînement.

Les notions de cette fiche

Diagrammes potentiel-pH : construction et lecture — Construire et exploiter le diagramme potentiel-pH d'un élément. Conventions de tracé, qui ne sont pas des lois mais des choix à énoncer : concentration de tracé de l'élément dissous, pression de tracé des espèces gazeuses, convention de frontière entre deux formes solubles. Attribution des domaines aux espèces par degré d'oxydation croissant vers le haut et par acidité décroissante vers la droite ; domaine d'EXISTENCE d'un solide, domaine de PRÉDOMINANCE d'une espèce dissoute. Les trois familles de frontières et leur équation : verticale (échange de protons seuls, précipitation d'un hydroxyde à partir du produit de solubilité), horizontale (échange d'électrons seuls, relation de Nernst à la concentration de tracé), oblique (échange couplé de protons et d'électrons, pente égale à moins le produit de la pente de Nernst par le rapport du nombre de protons au nombre d'électrons). Superposition avec le diagramme de l'eau : domaine de stabilité de l'eau, prévision d'une corrosion ou d'une dismutation par disjonction de domaines, et pourquoi une réaction thermodynamiquement prévue peut rester inobservable faute de vitesse.

À maîtriser avant de commencer

Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.

Oxydants, réducteurs et réactions d'oxydoréduction — Couple Ox/Red, demi-équation électronique, transfert d'électrons, équation d'oxydoréduction en milieu acide, nombre d'oxydation (introduction).
Pile électrochimique — Constitution d'une pile (deux demi-piles, pont salin), anode/cathode, polarité, sens du courant et des électrons, capacité électrique Q = n(e⁻) F, usure.
Acides, bases et pH — Échelle de pH (0-14), solutions acides, basiques, neutres, ions H⁺ et HO⁻, effet de la dilution, sécurité.
Couples acide-base de Brønsted — Acide = donneur de proton, base = accepteur, couple acide/base, demi-équations protoniques, réaction acide-base, couples de l'eau, ion oxonium H₃O⁺.
Dissolution et solubilité — Soluté, solvant, solution ; solution saturée ; solubilité et influence de la température ; conservation de la masse à la dissolution.
État d'équilibre et constante d'équilibre — Transformation non totale, équilibre dynamique, quotient de réaction Q_r, constante K, taux d'avancement final, sens d'évolution spontané.
Concentration en quantité de matière et dilution — C = n / V (mol/L), lien C_m = C × M, dilution : C₀ V₀ = C V, facteur de dilution, préparation par dilution (fiole jaugée, pipette).
Fonction logarithme népérien — Réciproque de l'exponentielle, ln(ab) = ln a + ln b, ln(a^n) = n ln a, variations, dérivée 1/x, résolution d'équations e^x = k.
Potentiel d'électrode et relation de Nernst — Couple oxydant/réducteur et potentiel standard rapporté à l'électrode standard à hydrogène ; relation de Nernst pour un couple en solution ; prévision du sens d'évolution d'une réaction d'oxydoréduction et calcul de sa constante d'équilibre à partir des potentiels standard ; force électromotrice d'une pile et lien avec l'enthalpie libre de réaction ; influence du pH et d'une précipitation sur un potentiel ; lecture d'un diagramme potentiel-pH (domaines de prédominance et d'existence, frontières).
Produit de solubilité et condition de précipitation — Équilibre de dissolution d'un solide ionique peu soluble, produit de solubilité et pKs ; solubilité en eau pure pour une stœchiométrie quelconque, et pourquoi deux sels de stœchiométries différentes ne se comparent pas par leurs seuls produits de solubilité ; effet d'ion commun ; condition d'apparition d'un précipité par comparaison du quotient de réaction au produit de solubilité, et concentration seuil de précipitation ; domaine d'existence du solide et lecture d'une courbe de solubilité ; influence du pH et d'une complexation sur la solubilité d'un hydroxyde ou d'un sel d'acide faible ; précipitations sélectives et dosages par précipitation.

Le début de la fiche

Extrait de la leçon « Diagrammes potentiel-pH », tel qu’il figure sur la fiche.

À retenir

$\text{oblique} : \ \mathrm{Ox} + m\,\mathrm{H^{+}} + n\,e^{-} = \mathrm{Red} : \quad E = \text{cte} - 0{,}06\,\frac{m}{n}\,\mathrm{pH}$
$\text{deux espèces dissoutes, concentrations égales} : \ E = E° - 0{,}06\,\frac{m}{n}\,\mathrm{pH}$
$\text{verticale (hydroxyde } \mathrm{M(OH)_z}) : \ z\,\mathrm{pOH} = \mathrm{p}K_s + \log c_{\text{tra}}, \quad \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_e - \mathrm{pOH}$
$\text{horizontale} : \ E = E° + \frac{0{,}06}{n}\log c_{\text{tra}} \ (\text{cation / métal})$
$\text{eau} : \ E = 1{,}23 - 0{,}06\,\mathrm{pH} \ (\mathrm{O_2/H_2O}), \qquad E = -0{,}06\,\mathrm{pH} \ (\mathrm{H^{+}/H_2})$

Tableau : Frontière, Échange, Calculée par, Dépend de c_{\text{tra}} ?
Frontière	Échange	Calculée par	Dépend de $c_{\text{tra}}$  ?
verticale	protons seuls	$K_a$ ou $K_s$	oui pour une précipitation
horizontale	électrons seuls	Nernst	oui si une espèce dissoute fait face à un solide
oblique	protons et électrons	Nernst avec $[\mathrm{H^{+}}]^{m}$	ordonnée oui (solide en face), pente jamais

Lecture : nombre d'oxydation croissant vers le haut, basicité croissante vers la droite ; domaines disjoints, espèces incompatibles ; rien sur la vitesse.

Les pièges à éviter et la version imprimable sont réservés à votre compte.

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S’entraîner : Diagrammes potentiel-pH

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