Oxydation = Perte d'électrons

. ?Matériel : 6 tubes à essais, bouchon hermétiques, cristallisoir, 2
éprouvettes, paille de fer, 4 clous, coton, NaCl, eau déminéralisée,
chlorure de calcium, lames de Fer, Cuivre, et Zinc, fil de cuivre, fil de
zinc, eau de javel sulfate de fer, de cuivre et de zinc, 6 béchers, 3
boites pétri.


|Qu'est-il arrivé au « Calypso » pour |[pic] |
|finir dans cet état là ? | |

1- Conditions de formation de la rouille.
[pic]
L'idéal est de laisser les élèves proposer les expériences et de les faire.
1.1. Noter pour chacune des quatre expériences l'état du clou.
1 : Le clou semble intact.
2 : Le clou est partiellement rouillé.
3 : Le clou semble intact.
4 : Le clou est très rouillé.

1.2. Indiquer quel est le rôle du chlorure de calcium dans le tube à
essai ?
Le chlorure de calcium est un absorbeur d'humidité. On en trouve souvent
dans les colis pour protéger la marchandise, notamment en électronique.

1.3. Quels sont à priori les facteurs qui sont à l'origine de la
formation de la rouille ?
La rouille se forme quand il y a de l'humidité, et le sel est un milieu
aggravant. En bord de mer, milieu salin, la rouille apparaît souvent plus
rapidement.

1.4. En observant l'expérience faite par le professeur, écrire le
protocole de l'expérience ci-dessous et compléter le schéma.
[pic]
1.5. Que peut-on déduire de cette expérience qui a été réalisée il y
a plus de 200 ans par Antoine Laurent de LAVOISIER.
Tout l'oxygène du premier tube a été consommé pour la transformation du fer
en rouille. Pour se former la rouille utilise l'oxygène. Il y a 21%
d'oxygène dans l'air (78% d'Azote et 1% de gaz autre), ce qui représente le
cinquième manquant dans le deuxième tube à essai.
On retrouve cette particularité dans le nom de la rouille, « oxyde de
fer ».

1.6. Expliquer alors l'état du Calypso ?
Le Calypso était dans un milieu humide et salin, et en plus au grand air
favorisant l'apport d'oxygène. Tous ces facteurs ont accéléré le
développement de la rouille.


2. Pour éviter que cela recommence.
|Lors de l'entretien des bateaux à |[pic] |
|coque d'acier, on leur visse des | |
|blocs de zinc sur la coque avec des| |
|vis en fer. | |
|Pourquoi ? | |

3. Qu'est-ce que l'acier ?
L'acier est constitué d'au moins deux éléments, majoritairement le fer puis
le carbone dans des proportions comprises entre 0,02 % et 1,67 % en masse.
En dessous de ce pourcentage, on parle de fer, au dessus, de fonte.

4. Expériences.
[pic]
4.1. Noter vos observations pour les trois expériences décrites ci-
dessus.
Expérience 1 : Le clou en acier rouille un petit peu.
Expérience 1 : Le clou en acier ne rouille pas.
Expérience 3 : Le clou rouille fortement.

4.2. Quel effet semble avoir le cuivre sur le fer ?
Il accélère la corrosion (ou l'oxydation) du fer.

4.3. Quel effet semble avoir le zinc sur le fer ?
Il empêche la corrosion (ou l'oxydation) du fer.

4.4. Essayer de répondre à la question (2) en argumentant la
réponse.
Le zinc permet de protéger la coque en acier, car quand le fer est en
présence de zinc, il semble ne plus s'oxyder.
Une réponse plus complète sera faite à la fin du cours.


5. Classification électrochimique des métaux
5.1. Réaction entre le métal fer et une solution de sulfate de
cuivre II.
5.1.1. Expérience
[pic]



5.1.2. Interprétation
Quels sont les éléments présents au début de l'expérience ?
Les ions ([pic]), (Cu2+)
Le métal fer (Fe)

Quels sont les éléments présents à la fin de l'expérience ?
Le métal cuivre (Cu) (mis en évidence avec acide nitrique HNO3, vapeurs
rousses)
La couleur verte provient des ions fer II Fe2+(mis en évidence par un
précipité vert clair en présence d'une solution de soude)

Le métal fer est devenu ion fer II Fe2+ et les ions cuivre Cu2+ sont
devenus métal cuivre Cu.

5.1.3. Réduction
L'ion cuivre Cu2+ s'est transformé en atome de cuivre en gagnant deux
électrons. Cela s'écrit
Cu2+ + 2e- ) Cu
On dit que l'ion cuivre a été réduit ou qu'il a subit une réduction.


Réduction = Gain d'électrons



5.1.4. Oxydation
L'ion fer II Fe2+ provient de l'atome de fer qui a perdu deux électrons.
Cela s'écrit
Fe ) Fe2+ + 2e-
On dit que l'atome de fer s'est oxydé ou qu'il a subit une oxydation




Oxydation = Perte d'électrons



5.2. Oydoréduction
En faisant le bilan des réactions chimiques dans le bêcher, on peut
écrire :
[pic]
Cette réaction chimique s'appelle une oxydoréduction.
L'atome de fer (Fe) a cédé deux électrons à l'ion cuivre (Cu2+).
L'oxydoréduction est donc un transfert d'électrons.

5.3. Expériences : comparaison du fer, du zinc, et du cuivre.
[pic]
Notez vos observations
A On observe un dépôt rouge de cuivre sur la lame de fer. Réaction
spontanée d'oxydoréduction.
B Il ne se passe rien. Un atome de cuivre ne peut pas céder 2 électrons
à un ion fer II Fe2+.
Seul le fer a agi comme réducteur. On dit que le fer est plus réducteur que
le cuivre.

[pic]
C A priori il ne se passe rien. Un atome de fer ne peut pas céder 2
électrons à un ion zinc Zn2+.
D Dépôt de fer, un atome de zinc cède 2 électrons à un ion fer II
Fe2+.Mettre en évidence le dépôt de fer
Seul le zinc a agi comme réducteur. On dit que le zinc est plus réducteur
que le fer.
Faire prévoir E et F d'après expérience précédente.
[pic]
E Dépôt de cuivre, un atome de zinc cède 2 électrons à un ion cuivre
Cu2+.
F A priori il ne se passe rien. Un atome de cuivre ne peut pas céder 2
électrons à un ion zinc Zn2+.

Seul le zinc a agi comme réducteur. On dit que le zinc est plus réducteur
que le cuivre.


5.4. Classification du cuivre, du fer, du zinc comme réducteurs


Zinc Fer Cuivre


Pouvoir réducteur croissant



5.5. Répondre de manière plus argumenté à la question 2.
Lors de l'entretien des bateaux on vis des blocs de zinc sur la coque en
acier. Ainsi ils seront oxydés et protégeront l'acier. Les vis sont aussi
en acier, car le fer est plus oxydant que le zinc. Donc les vis seront
aussi protégées.

5.6. Classification électrochimique des métaux
Une étude plus étendue permet la classification suivante : distribuer la
classification


6. Utilisation de la classification électrochimique des métaux
6.1. Règle du gamma
[pic]
6.2. Exercices
6.2.1. Dans l'écriture Zn2+/Zn. Quels sont la formule et le
nom de l'ion métallique, du métal? Quel est le réducteur? Quel est
l'oxydant?

6.2.2. Equilibrer les équations suivantes,
. .... Zn (( ... Zn2+ + ... e-
. .... Cu2+ + .... e- (( .... Cu
. .... Zn + .... Ag+ (( .... Zn2+ + .... Ag
. .... H+ + .... Mg (( .... H2 + .... Mg2+
. .... Fe2+ + .... Al (( .... Fe + .... Al3+

6.2.3. Nature des réactifs
On donne l'équation non équilibrée de la réaction d'oxydoréduction
suivante,
1- Equilibrer cette équation bilan.
Sn2+ + Al (( Sn + Al3+
2- Préciser quelle est, parmi les réactifs, l'espèce oxydante et
l'espèce réductrice.
3- Nommer les couples rédox mis en jeu et les classer selon le pouvoir
oxydant croissant du cation métallique.
6.2.4. Corrosion
1- Le fer est-il protégé s'il est en contact avec le plomb? Justifier la
réponse
2- Le fer est-il protégé s'il est en contact avec le zinc? Justifier la
réponse
-----------------------


Verser dans un bécher 50 mL d'une solution de sulfate de cuivre II.
Y introduire une lame de fer préalablement décapée.

Après quelques instants :
La lame de fer se couvre d'un dépôt rouge de cuivre.
La couleur de la solution change, elle devient verte.

Le premier tube à essai contient du dioxygène et de la paille de fer, et le
deuxième tube à essai contient de l'air et de la paille de fer.
Au bout d'une semaine,
Tube 1 : la paille de fer à rouillé et l'eau a rempli le tube à essai.
Tube 2 : la paille de fer à rouillé et l'eau a rempli 1/5ème de l'espace
libre du tube à essai.


[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Entre deux couples redox, l'oxydant le plus fort réagit avec le réducteur
le plus fort[?]-^?¦ )*+,