Comment équilibrer une réaction d'oxydo-réduction.

La réaction d'oxydoréduction est un processus fondamental en chimie et représente la base pour comprendre de nombreuses réactions chimiques qui se produisent dans la nature. En particulier, les réactions d'oxydation et de réduction (redox) sont celles où les atomes d'une substance perdent ou gagnent des électrons.

L'équilibrage des réactions redox est important car il nous permet de déterminer la proportion correcte entre les réactifs et les produits de la réaction, ainsi que d'identifier les agents oxydants et réducteurs impliqués dans celle-ci.

Comment fonctionne l'équilibrage redox

Pour équilibrer une réaction redox, il est nécessaire de suivre quelques étapes. Tout d'abord, il faut identifier l'oxydant et le réducteur impliqués dans la réaction. L'oxydant est la substance qui accepte les électrons tandis que le réducteur est la substance qui les cède.

Ensuite, il faut équilibrer le nombre d'atomes des éléments présents dans les deux parties de la réaction. Pour ce faire, on peut utiliser des coefficients stœchiométriques devant les formules chimiques des substances impliquées.

Enfin, il faut vérifier que l'équilibrage a été effectué correctement en vérifiant que le nombre total d'atomes est égal dans les deux parties de la réaction et en vérifiant que l'équilibrage des électrons a été respecté.

Exemple d'équilibrage redox

Pour mieux comprendre comment fonctionne l'équilibrage redox, prenons par exemple la réaction entre le chlorure d'hydrogène (HCl) et le permanganate de potassium (KMnO₄):

• HCl + KMnO₄ → KCl + MnCl₂ + H₂O + Cl₂

Dans cette réaction, l'oxydant est le permanganate de potassium tandis que le réducteur est le chlorure d'hydrogène. Pour équilibrer la réaction, il faut équilibrer le nombre d'atomes présents dans les deux parties de la réaction.

Commençons par le manganèse (Mn), présent uniquement dans la partie droite de la réaction. Nous ajoutons donc un coefficient stœchiométrique 5 devant KMnO₄:

• HCl + 5KMnO₄ → KCl + 5MnCl₂ + H₂O + 5Cl₂

Nous avons maintenant équilibré les atomes de manganèse, mais nous devons encore équilibrer les oxydes de chlore (Cl). Nous pouvons le faire en ajoutant un coefficient stœchiométrique 8 devant HCl:

• 8HCl + 5KMnO₄ → KCl + 5MnCl₂ + 4H₂O + 5Cl₂

Maintenant, la réaction est correctement équilibrée et nous avons obtenu les produits de la réaction : chlorure de potassium (KCl), chlorure de manganèse (MnCl₂), eau (H₂O) et chlore (Cl₂).

Ainsi, l'équilibrage redox nous permet de déterminer la proportion correcte entre les réactifs et les produits de la réaction et d'identifier les agents oxydants et réducteurs impliqués dans celle-ci.

Définition des réactions redox et leur fonctionnement

Les réactions redox sont un type de réaction chimique où les atomes échangent des électrons. Le terme "redox" vient de la combinaison des mots "réduction" et "oxydation". Dans une réaction redox, l'un des atomes perd des électrons (oxydation) tandis que l'autre en gagne (réduction).

Pour mieux comprendre comment fonctionne une réaction redox, prenons l'exemple de la combustion du charbon :

• L'atome de carbone dans le charbon perd des électrons pour former du dioxyde de carbone (CO₂). Ce processus est appelé oxydation.
• L'oxygène dans l'air gagne des électrons pour former de l'eau (H₂O). Ce processus est appelé réduction.

Dans une réaction redox, la perte d'électrons par un atome est toujours accompagnée du gain d'électrons par un autre atome. Cela signifie que le nombre total d'électrons reste constant pendant la réaction.

La méthode la plus courante pour équilibrer les équations des réactions redox consiste à utiliser la méthode d'oxydoréduction. Cette méthode implique la séparation de la réaction en deux demi-réactions : une relative à l'oxydation et l'autre à la réduction. Ensuite, les demi-réactions sont équilibrées séparément et combinées pour obtenir l'équation bilanciée de la réaction redox.

Méthodes pour équilibrer les réactions redox

Il existe différentes méthodes pour équilibrer les réactions d'oxydoréduction, mais deux des plus courantes sont la méthode du nombre d'oxydation et la méthode d'oxydation et de réduction partielle.

Méthode du nombre d'oxydation

La méthode du nombre d'oxydation est basée sur le fait que les atomes dans une réaction peuvent être ionisés ou réduits à des nombres d'oxydation spécifiques. Pour équilibrer la réaction, il est nécessaire de s'assurer que le même nombre d'électrons est présent des deux côtés de l'équation.

Voici un exemple :

• Étape 1 : Écrivez l'équation chimique non équilibrée : Fe + HCl → FeCl₂ + H₂
• Étape 2 : Attribuez les nombres d'oxydation à chaque atome dans la réaction : Fe (0), H (+1), Cl (-1)
• Étape 3 : Trouvez les atomes qui changent leur état d'oxydation d'un côté à l'autre de la réaction. Dans ce cas, nous avons Fe (0) qui devient Fe (+2)
• Étape 4 : Équilibrez les atomes qui changent d'état d'oxydation en ajoutant les électrons nécessaires. Dans ce cas, nous avons besoin de deux électrons pour équilibrer Fe (+2)
• Étape 5 : Ajoutez les électrons à la réaction en vous assurant qu'il y a le même nombre d'électrons des deux côtés de l'équation : Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ + 2e^-
• Étape 6 : Équilibrez les atomes qui ne changent pas leur état d'oxydation. Dans ce cas, nous avons Cl (-1) qui devient Cl (-1) des deux côtés de l'équation
• Étape 7 : Vérifiez si la réaction est correctement équilibrée en vous assurant qu'il y a le même nombre d'atomes des deux côtés de l'équation : Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ + 2Cl^-

Méthode d'oxydation et de réduction partielle

La méthode d'oxydation et de réduction partielle est basée sur le fait que certaines espèces chimiques peuvent être partiellement oxydées ou réduites. Cette méthode est particulièrement utile lorsque les réactions impliquent des éléments tels que l'oxygène ou l'hydrogène.

Voici un exemple :

• Étape 1 : Écrivez l'équation chimique non équilibrée : KClO₃ + HCl → KCl + Cl₂ + H₂O
• Étape 2 : Identifiez les éléments qui changent leur état d'oxydation. Dans ce cas, nous avons de l'oxygène qui passe de -2 à 0 et du chlore qui passe de +5 à -1.
• Étape 3 : Écrivez les demi-équations d'oxydation et de réduction partielle.
• Demi-équation d'oxydation : 2Cl^- → Cl₂ + 2e^-
• Demi-équation de réduction : 2K⁺ + ClO₃^- + 6H⁺ → 2K⁺ + Cl^-+ 3H₂O
• Étape 4 : Équilibrez les demi-équations en ajoutant les électrons nécessaires. Dans ce cas, la demi-équation d'oxydation nécessite deux électrons et la demi-équation de réduction nécessite six électrons.
• Demi-équation d'oxydation : 2Cl^- → Cl₂ + 2e^-
• Demi-équation de réduction : 2K⁺ + ClO₃^- + 6H⁺ + 5e^- → 2K⁺ + Cl^-+ 3H₂O
• Étape 5 : Multipliez les demi-équations afin que le nombre d'électrons soit le même dans les deux demi-équations. Dans ce cas, nous multiplions la demi-équation d'oxydation par trois.
• Demi-équation d'oxydation : 6Cl^- → 3Cl₂ + 6e^-
• Demi-équation de réduction : 2K⁺ + ClO₃^- + 6H⁺ + 5e^- → 2K⁺ + Cl^-+ 3H₂O
• Étape 6 : Ajoutez les demi-équations et simplifiez si possible. Dans ce cas, nous pouvons éliminer les électrons des deux côtés de l'équation.

Résultat final : KClO₃+ HCl → KCl + Cl₂+ H₂O.

Ce ne sont que deux des méthodes les plus courantes pour équilibrer les réactions d'oxydoréduction. Il est important de comprendre les deux méthodes et de choisir celle qui convient le mieux à la réaction spécifique que vous essayez d'équilibrer.

Exemples pratiques d'équilibrage redox

Pour mieux comprendre comment fonctionne l'équilibrage redox, examinons quelques exemples pratiques :

Exemple 1 : Équilibrer l'équation redox de chlorure d'hydrogène et de magnésium

Dans cet exemple, l'équation est la suivante :

• HCl + Mg → MgCl₂ + H₂

Pour équilibrer cette équation, nous suivons les étapes suivantes :

• Déterminer les états d'oxydation des atomes individuels;
• Trouver les atomes qui changent d'état d'oxydation;
• Équilibrer les atomes qui changent d'état d'oxydation en ajoutant des coefficients stœchiométriques devant les espèces chimiques impliquées;
• Équilibrer les autres atomes présents dans l'équation;
• Vérifier que la somme des charges est égale des deux côtés de l'équation.

En appliquant ces étapes à l'exemple en question, nous obtenons l'équation équilibrée suivante :

• 2HCl + Mg → MgCl₂ + H₂

Exemple 2: Équilibrer l'équation redox de l'acide sulfurique et du cuivre

Dans cet exemple, l'équation est la suivante:

• H₂SO₄ + Cu → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

Ici aussi, nous suivons les étapes énumérées dans l'exemple précédent pour équilibrer l'équation. Le résultat final sera le suivant:

• H₂SO₄ + Cu → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Dans les deux exemples, nous avons appliqué une série d'étapes logiques pour équilibrer les équations redox. Bien sûr, il y a beaucoup d'autres exemples que nous pourrions considérer, mais ceux-ci devraient fournir une bonne base pour comprendre comment fonctionne l'équilibrage redox.

Conclusions et conseils utiles pour l'équilibrage redox

L'équilibrage d'une réaction redox peut sembler intimidant, mais avec la pratique, cela devient plus facile. Voici quelques conseils utiles pour vous aider à équilibrer vos équations redox:

• Rappelez-vous que le nombre d'oxydation d'un élément ne change pas pendant une réaction. Utilisez cette connaissance pour vous aider à déterminer quelle espèce chimique est réduite ou oxydée.
• Commencez par équilibrer les atomes des éléments qui ne sont pas impliqués dans la réaction redox.
• Lorsque vous avez besoin d'ajouter de l'eau à un côté de l'équation, rappelez-vous que vous devez également ajouter des ions hydrogène (H+).
• Si vous avez besoin d'ajouter des ions OH- à un côté de l'équation, n'oubliez pas d'équilibrer également les ions hydrogène de l'autre côté de l'équation.
• Utilisez les coefficients appropriés pour équilibrer les atomes des éléments impliqués dans la réaction redox.

Rappelez-vous que l'équilibrage des équations redox est important dans de nombreux domaines de la chimie, notamment la chimie analytique et la chimie industrielle. Avec la pratique, vous serez en mesure d'équilibrer facilement n'importe quelle équation redox qui vous est présentée !

En résumé, l'équilibrage des équations redox est une compétence fondamentale en chimie. Pour équilibrer une réaction redox, vous devez déterminer quelle espèce chimique est réduite ou oxydée et utiliser les coefficients appropriés pour équilibrer les atomes des éléments impliqués dans la réaction. Rappelez-vous que le nombre d'oxydation d'un élément ne change pas pendant une réaction et commencez par équilibrer les atomes des éléments qui ne sont pas impliqués dans la réaction redox. Avec la pratique, vous serez en mesure d'équilibrer facilement n'importe quelle équation redox qui vous est présentée !