Série d'exercices : Oxydoréduction par voie sèche - 1er s

Classe: 
Première
 

Exercice 1

On considère l'équation incomplète modélisant la transformation suivante :
 
$HSO_{3}^{-}+IO_{3}^{-}+\ldots\ \rightarrow\ I^{-}+SO_{4}^{2-}+\ldots$
 
1) En utilisant les nombres d'oxydation montrer qu'il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction
 
2) Préciser les couples rédox intervenant au cours de la réaction
 
3) Écrire les équations formelles associées aux couples rédox trouvés. 
 
En déduire alors l'équation bilan de la réaction.

Exercice 2

A Un morceau de fer $Fe$ réagit avec le dioxygène selon la réaction chimique suivante :
$$2\,Fe\ +\ O_{2}\ \rightarrow\ 2\,FeO$$
 
1) Quelle est la nature de cette réaction chimique ?
 
2) Citer un moyen permettant d'éviter que cette réaction continue jusqu'à la destruction totale du fer.
 
3) Dans un haut fourneau, à température élevée, le monoxyde de carbone $CO$
réagit sur l'oxyde de fer $FeO$ pour donner le fer $Fe$ et le dioxyde carbone $CO_{2}.$
 
Écrire l'équation bilan correspondant à cette réaction chimique et préciser, parmi les réactifs lequel est l'oxydant et lequel est le réducteur
 
B 1) Quel est le constituant principal de l'acier ?
 
2) Le zinc est plus réducteur que le fer, lui-même plus réducteur que le cuivre. 
 
Pour protéger la coque en acier des navires de la corrosion électrochimique, on dispose sur celle-ci des pièces métalliques reliées électriquement à la coque.
 
Ces pièces doivent-elles être en zinc ou en cuivre ?
 
Justifier la réponse
 
C La pyrite est un sulfure de fer $FeS.$ 
 
Si on la brûle dans le dioxygène, on obtient de l'oxyde ferrique $Fe_{2}O_{3}$ et du dioxyde de soufre $SO_{2}.$
 
1) Écrire et équilibrer l'équation bilan de cette réaction.
 
2) Pourquoi s'agit-il d'une réaction d'oxydo-réduction ?
 
3) Quel est l'oxydant ? 
 
Quel est le réducteur ?

Exercice 3

A. réaction entre le métal $Fe$ et les ions hydrogène $H^{+}$ d'une solution d'acide chlorhydrique :
$$Fe\ +\ 2\,H^{+}\ \rightarrow\ Fe^{2+}\ +\ H_{2}$$
 
1) Déterminer la variation du $n.o.$ du fer (pour $1$ atome) : $\Delta\,n.o.(Fe)$
 
2) Déterminer la variation du $n.o.$ de l'hydrogène (pour $1$ atome) : $\Delta'\,n.o.(H)$
 
3) Trouver les coefficients $a$ et $b$ tels que $a\Delta\,n.o.+b\Delta'\,n.o.=0$ et vérifier qu'ils correspondent à l'équation bilan.
 
B. Réaction entre le métal cuivre et les ions nitrates $NO_{3}^{-}$ (provenant de l'acide nitrique) en milieu acide.
 
Cette réaction donne des ions cuivre $(II)$ et du monoxyde d'azote $NO.$
 
Trouver et équilibrer l'équation-bilan de cette réaction en précisant les espèces qui sont réduites et oxydées.
 
Indice (quand même !) : il faut assurer la conservation de la charge électrique globale grâce aux ions $H^{+}$ (milieu acide) et la conservation de l'élément oxygène par la formation de molécules d'eau $(H_{2}O$ : solvant$).$

Exercice 4

Une masse de $10\,g$ d'un échantillon de laiton (alliage de cuivre et de zinc ; Cuivre : $70\%$ en masse, Zinc : $30\%$ en masse) est soumise à l'action d'une solution chlorhydrique diluée en excès.
 
1) En utilisant les potentiels standard d'oxydoréduction, indiquer si l'alliage est attaqué.
 
2) Écrire l'équation-bilan de la réaction d'oxydo-réduction correspondante.
 
3) Quel est le volume maximale de dihydrogène mesuré dans les conditions normales de température et de pression peut-on recueillir ?
 
$($On rappelle que dans ces conditions, le volume molaire d'un gaz est $V_{m}=22.4\,L).$

Exercice 5

1) La somme des nombres d'oxydation $(n.o.)$ des éléments qui composent une molécule est nulle. 
 
Dans cet exercice, le nombre d'oxydation de l'oxygène est $-II.$
 
Calculer le nombre d'oxydation du soufre dans le dioxyde de soufre $SO_{2}$, puis dans le trioxyde de soufre $SO_{3}.$
 
2) La somme algébrique des $n.o.$ des éléments qui composent un ion polyatomique est égale à la charge de l'ion.
 
Calculer le $n.o.$ du soufre dans l'ion sulfate $SO_{4}^{2-}$, puis dans l'ion sulfite $SO_{3}^{2-}.$
 
3) Lors d'une réduction, le $n.o.$ de l'oxydant diminue.
 
Lors d'une oxydation, le $n.o.$ du réducteur augmente.
 
Les transformations suivantes sont-elles des réactions d'oxydation, de réduction ?
 
$\surd\ $ transformation du dioxyde de soufre en trioxyde de soufre
 
$\surd\ $ transformation du dioxyde de soufre en ions sulfate
 
$\surd\ $ transformation du trioxyde de soufre en ions sulfate
 
4) Utiliser les $n.o.$ pour établir l'équation-bilan de la réaction d'oxydoréduction ayant lieu entre les ions permanganate $MnO_{4}^{-}$ et le dioxyde de soufre $SO_{2}.$
 
Données : 
 
$E^{\circ}\left(MnO_{4}^{-}/Mn^{2+}\right)=1.51\,V$ ; 
 
$E^{\circ}\left(SO_{4}^{2-}/SO_{2}\right)=0.17\,V$

Exercice 6

1) Quels sont les réactifs et le produit de la combustion de l'aluminium dans l'air ?
 
2) S'agit-il d'une oxydation ? 
 
Justifier.
 
3) Écrire l'équation-bilan de cette combustion, sachant que l'alumine a pour formule $Al_{2}O_{3}$
 
On réalise la combustion de $2.7\,g$ d'aluminium dans l'air. 
 
On obtient $5.1\,g$ d'alumine.
 
4) Quelle est la masse de dioxygène nécessaire à la combustion de $2.7\,g$
d'aluminium ?
 
5) Quel est le volume d'air nécessaire à cette combustion, sachant que $1\,L$ de dioxygène pèse $1.4\,g.$

Conseil : 

Calculer le volume de dioxygène nécessaire, puis le volume d'air, connaissant la composition de l'air

Exercice 7

Une dismutation est une réaction rédox conduisant à la formation d'un produit qui est en même temps l'oxydant d'un couple rédox et le réducteur d'un autre couple rédox.
 
Lorsqu'on ajoute, en milieu acide, une solution d'iodate de potassium $KIO_{3}$ à une solution d'iodure de potassium $KI$, il se forme du diiode $I_{2}.$
 
1) Déterminer le $n.o$ de l'iode dans $IO^{3-}$, $I^{-}$ et $I_{2}.$
 
2) Sachant que l'iode est le seul élément dont le nombre d'oxydation varie au cours de cette réaction :
 
a) Préciser les couples rédox mis en jeu.
 
b) Établir l'équation formelle associée à chaque couple rédox.
 
c) En déduire l'équation bilan de la réaction rédox.
 
d) Montrer qu'il s'agit d'une réaction de dismutation

Exercice 8

L'eau oxygénée vendue en pharmacie est une solution aqueuse de peroxyde de dihydrogène $H_{2}O_{2}$ ; elle est utilisée par exemple pour le nettoyage des plaies.
 
1) Déterminer le nombre d'oxydation de l'élément oxygène dans $H_{2}O_{2}.$
 
2) Dans certaines conditions le peroxyde de dihydrogène se décompose en eau et en dioxygène.
 
a) Écrire l'équation chimique de la réaction de décomposition de $H_{2}O_{2}.$
 
b) Montrer qu'il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction.
 
c) Préciser les couples rédox mis en jeu au cours de cette réaction.
 
d) Écrire les équations formelles correspondant aux deux couples rédox et montrer que $H_{2}O_{2}$ peut jouer à la fois le rôle d'oxydant et le rôle de réducteur.
3) L'étiquette d'un flacon contenant de l'eau oxygénée vendu en pharmacie indique qu'il s'agit d'une eau oxygénée à $10$ volumes c'est-à-dire que la décomposition du peroxyde d'hydrogène contenu dans un litre d'eau oxygénée en eau et en dioxygène libère $10\,L$ de dioxygène gaz dans les conditions où le volume molaire $V_{m}$ des gaz est égal à $22.4\,L\cdot mol^{-1}.$
 
a) Déterminer la quantité de dioxygène $O_{2}$ libéré par la décomposition d'un litre d'eau oxygéné $H_{2}O_{2}$
 
b) En déduire la quantité de peroxyde de dihydrogène $H_{2}O_{2}$ présente dans l'eau oxygénée vendue en pharmacie.
 
c) Calculer sa concentration molaire.
 
4) Vérifier que le pourcentage massique de la solution d'eau oxygénée est égal à $3\%.$ 
 
Le pourcentage massique est défini par le quotient de la masse de $H_{2}O_{2}$ par la masse d'un litre d'eau oxygénée.
 
Données : 
 
$M_{H}=1\,g\cdot mol^{-1}$ ; $M_{O}=16\,g\cdot mol^{-1}.$
 
Masse volumique de l'eau oxygénée : 
 
$\rho=1.01\,g\cdot cm^{-3}$

Exercice 9

On prendra $n.o\,(Cl)=-I$ dans tous les composés chlorés rencontrés dans l'exercice.
 
Le titane $Ti$ est un métal très léger utilisé pour réaliser certains alliages pour l'industrie aéronautique, les voitures de course, etc...
 
1) Le minerai est tout d'abord transformé en dioxyde de titane $TiO_{2}.$ 
 
Cet oxyde est ensuite traité, à $800^{\circ}C$ et sous atmosphère inerte, par du dichlore gazeux $Cl_{2}$ en présence de carbone. 
 
On obtient du tétrachlorure de titane $TiCl_{4}$ et du monoxyde de carbone $CO.$
 
a) Écrire l'équation bilan de la réaction qui se produit.
 
b) Montrer qu'il s'agit d'une réaction rédox.
 
2) Le tétrachlorure de titane $TiCl_{4}$ est ensuite réduit par du magnésium $Mg$, sous vide et à $800^{\circ}C.$ 
 
Les produits de la réaction sont le titane $Ti$ et le chlorure de magnésium $MgCl_{2}.$
 
a) Écrire l'équation bilan de la réaction.
 
b) Vérifier que le magnésium agit en tant que réducteur.
 
3) Sachant que la consommation annuelle européenne de titane pour la réalisation de prothèses médicales est de $200$ tonnes, calculer les masses de réactifs nécessaires pour transformer le dioxyde de titane $TiO_{2}$ en titane $Ti$
 

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