Chimie · Prépa concours post-bac — IAV & ENA Meknès

Oxydoréduction et piles

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Oxydoréduction : Réaction avec transfert d'électrons. $Ox + ne^- \rightleftharpoons Red$ .
Pile : Système convertissant l'énergie chimique en électrique. Elle est constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.
Polarité : À l'anode (pôle -), il y a oxydation. À la cathode (pôle +), il y a réduction.
Quotient de réaction ( $Q_r$ ) : Pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ , $Q_r = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}$ .
Équilibre : À l'équilibre, $Q_{r,éq} = K$ .

Méthodes à maîtriser

Équilibrer une demi-équation : conservation des éléments, puis des charges avec $e^-$ .
Déterminer la polarité d'une pile : comparer $Q_r$ initial avec $K$ .
Calculer la f.é.m ( $E$ ) : $E = V_{cathode} - V_{anode}$ .

Exemples corrigés

Exemple : Pile Daniell ( $Zn/Zn^{2+} || Cu^{2+}/Cu$ $Z n / Z n^{2 +} ∣∣ C u^{2 +} / C u$ ).
- Demi-équations : $Zn \rightleftharpoons Zn^{2+} + 2e^-$ (anode) ; $Cu^{2+} + 2e^- \rightleftharpoons Cu$ (cathode).
- Bilan : $Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu$ .

Erreurs fréquentes

Oublier que le courant circule de la cathode vers l'anode à l'extérieur.
Inverser le sens des électrons (ils vont de l'anode vers la cathode).
Utiliser des concentrations non molaires dans $Q_r$ .

L'essentiel du cours

Oxydoréduction : Réaction avec transfert d'électrons. $Ox + ne^- \rightleftharpoons Red$.
Pile : Système convertissant l'énergie chimique en électrique. Elle est constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.
Polarité : À l'anode (pôle -), il y a oxydation. À la cathode (pôle +), il y a réduction.
Quotient de réaction ($Q_r$) : Pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, $Q_r = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}$.
Équilibre : À l'équilibre, $Q_{r,éq} = K$.

Méthodes à maîtriser

Équilibrer une demi-équation : conservation des éléments, puis des charges avec $e^-$.
Déterminer la polarité d'une pile : comparer $Q_r$ initial avec $K$.
Calculer la f.é.m ($E$) : $E = V_{cathode} - V_{anode}$.

Exemples corrigés

Exemple : Pile Daniell ($Zn/Zn^{2+} || Cu^{2+}/Cu$).
- Demi-équations : $Zn \rightleftharpoons Zn^{2+} + 2e^-$ (anode) ; $Cu^{2+} + 2e^- \rightleftharpoons Cu$ (cathode).
- Bilan : $Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu$.

Erreurs fréquentes

Oublier que le courant circule de la cathode vers l'anode à l'extérieur.
Inverser le sens des électrons (ils vont de l'anode vers la cathode).
Utiliser des concentrations non molaires dans $Q_r$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Oxydoréduction et piles

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L'oxydation se produit toujours à :

❓ Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'un oxydant ?

Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons au cours d'une réaction chimique. Il est réduit lors de la réaction.

💡 À retenir : L'oxydant "gagne" des électrons.

Kifach n3ref l'anode men l'cathode f pile ?

L'anode est le pôle négatif (-) où se produit l'oxydation (perte d'électrons).
La cathode est le pôle positif (+) où se produit la réduction (gain d'électrons).

💡 À retenir : Anode = Oxydation = Négatif.

Quel est le rôle du pont salin ?

Le pont salin assure deux rôles :

Fermer le circuit électrique pour permettre le passage du courant.
Assurer l'électroneutralité des solutions en permettant la migration des ions.

💡 À retenir : Sans pont salin, la pile s'arrête immédiatement.

Chno hiya l'force électromotrice (f.é.m) ?

C'est la différence de potentiel entre les deux électrodes de la pile lorsqu'aucun courant ne circule (circuit ouvert). Elle se note $E$ et s'exprime en Volts (V).

💡 À retenir : $E = V(+) - V(-)$ .

C'est la différence de potentiel entre les deux électrodes de la pile lorsqu'aucun courant ne circule (circuit ouvert). Elle se note $E$ et s'exprime en Volts (V).

💡 À retenir : $E = V(+) - V(-)$.

Comment calculer Qr pour une pile ?

On utilise les concentrations des espèces en solution. Pour la pile $Zn/Zn^{2+} || Cu^{2+}/Cu$ , le quotient est $Q_r = \frac{[Zn^{2+}]}{[Cu^{2+}]}$ .

💡 À retenir : On ne prend pas en compte les solides dans $Q_r$ .

On utilise les concentrations des espèces en solution. Pour la pile $Zn/Zn^{2+} || Cu^{2+}/Cu$, le quotient est $Q_r = \frac{[Zn^{2+}]}{[Cu^{2+}]}$.

💡 À retenir : On ne prend pas en compte les solides dans $Q_r$.

Kifach n7seb l'quantité d'électricité Q ?

La quantité d'électricité se calcule par la formule $Q = I \times \Delta t$ , où $I$ est l'intensité en Ampères et $\Delta t$ la durée en secondes. On a aussi $Q = n(e^-) \times F$ ( $F \approx 96500 C/mol$ ).

💡 À retenir : $Q$ est en Coulombs (C).

La quantité d'électricité se calcule par la formule $Q = I \times \Delta t$, où $I$ est l'intensité en Ampères et $\Delta t$ la durée en secondes. On a aussi $Q = n(e^-) \times F$ ($F \approx 96500 C/mol$).

💡 À retenir : $Q$ est en Coulombs (C).

Pourquoi la pile s'arrête-t-elle de fonctionner ?

La pile s'arrête lorsque le système atteint l'état d'équilibre chimique ( $Q_r = K$ ). À ce stade, il n'y a plus de transfert net d'électrons.

💡 À retenir : L'équilibre signifie $I = 0$ et $E = 0$ .

La pile s'arrête lorsque le système atteint l'état d'équilibre chimique ($Q_r = K$). À ce stade, il n'y a plus de transfert net d'électrons.

💡 À retenir : L'équilibre signifie $I = 0$ et $E = 0$.

Qu'est-ce qu'une réaction d'oxydoréduction ?

C'est une réaction chimique au cours de laquelle il y a un transfert d'électrons entre un réducteur d'un couple et un oxydant d'un autre couple.

💡 À retenir : Il y a toujours un transfert d'électrons.

Le pont salin peut-il être remplacé par un fil métallique ?

Non, car un fil métallique ne permet pas le déplacement des ions, ce qui est nécessaire pour maintenir l'électroneutralité des solutions.

💡 À retenir : Le pont salin est indispensable pour les ions.

Est-ce que K dépend de la température ?

Oui, la constante d'équilibre $K$ d'une réaction d'oxydoréduction dépend de la température.

💡 À retenir : $K$ est une constante pour une température donnée.

Oui, la constante d'équilibre $K$ d'une réaction d'oxydoréduction dépend de la température.

💡 À retenir : $K$ est une constante pour une température donnée.

L'oxydant le plus fort est-il toujours celui qui réagit ?

Oui, selon la règle du gamma, l'oxydant le plus fort réagit avec le réducteur le plus fort présent dans le milieu.

💡 À retenir : Règle du gamma (à vérifier par le professeur).

Comment savoir si une réaction est spontanée ?

Une réaction est spontanée si $Q_{r,initial} < K$ . Si $Q_{r,initial} > K$ , la réaction évolue dans le sens inverse.

💡 À retenir : Le système évolue vers l'équilibre.

Une réaction est spontanée si $Q_{r,initial} < K$. Si $Q_{r,initial} > K$, la réaction évolue dans le sens inverse.

💡 À retenir : Le système évolue vers l'équilibre.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On considère une pile constituée d'une électrode de cuivre dans une solution de $Cu^{2+}$ (0,1 mol/L) et d'une électrode d'argent dans une solution de $Ag^+$ (0,1 mol/L).

Écrire les demi-équations aux électrodes.
Écrire l'équation bilan.

Exercice 1

On considère une pile constituée d'une électrode de cuivre dans une solution de $Cu^{2+}$ (0,1 mol/L) et d'une électrode d'argent dans une solution de $Ag^+$ (0,1 mol/L).

Écrire les demi-équations aux électrodes.
Écrire l'équation bilan.

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Exercice 2

Une pile débite un courant de 0,5 A pendant 1 heure. Calculer la quantité d'électricité $Q$ et la quantité de matière d'électrons $n(e^-)$ échangée.

Exercice 2

Une pile débite un courant de 0,5 A pendant 1 heure. Calculer la quantité d'électricité $Q$ et la quantité de matière d'électrons $n(e^-)$ échangée.

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Exercice 3

Soit une pile de f.é.m $E = 1,1 V$ . Si on ajoute des ions $Cu^{2+}$ dans la demi-pile cathodique, comment évolue $E$ ? Justifier.

Exercice 3

Soit une pile de f.é.m $E = 1,1 V$. Si on ajoute des ions $Cu^{2+}$ dans la demi-pile cathodique, comment évolue $E$ ? Justifier.

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