Comment résoudre un problème de réaction d’oxydoréduction

Il s’agit d’un exemple travaillé de problème de réaction d’oxydoréduction montrant comment calculer le volume et la concentration des réactifs et des produits en utilisant une équation d’oxydoréduction équilibrée.

Key Takeaways : Problème de la chimie de la réaction d’oxydoréduction

• Une réaction d’oxydoréduction est une réaction chimique dans laquelle se produisent une réduction et une oxydation.
• La première étape pour résoudre une réaction d’oxydoréduction consiste à équilibrer l’équation d’oxydoréduction. Il s’agit d’une équation chimique qui doit être équilibrée pour la charge comme pour la masse.
• Une fois que l’équation d’oxydoréduction est équilibrée, utilisez le rapport molaire pour trouver la concentration ou le volume de tout réactif ou produit, à condition que le volume et la concentration de tout autre réactif ou produit soient connus.

Examen rapide du système d’oxydoréduction

Une réaction d’oxydoréduction est un type de réaction chimique dans laquelle rougeuction et oxidation se produisent. Comme les électrons sont transférés entre les espèces chimiques, des ions se forment. Ainsi, pour équilibrer une réaction d’oxydoréduction, il faut non seulement équilibrer la masse (nombre et type d’atomes de chaque côté de l’équation) mais aussi la charge. En d’autres termes, le nombre de charges électriques positives et négatives des deux côtés de la flèche de réaction est le même dans une équation équilibrée.

Une fois l’équation équilibrée, le rapport molaire peut être utilisé pour déterminer le volume ou la concentration de tout réactif ou produit, à condition que le volume et la concentration de toute espèce soient connus.

Problème de réaction d’oxydoréduction

Étant donné l’équation redox équilibrée suivante pour la réaction entre MnO4- et Fe2+ dans une solution acide :

• MnO4-(aq) + 5 Fe2+(aq) + 8 H+(aq) → Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) + 4 H2O

Calculez le volume de 0,100 M KMnO4 nécessaire pour réagir avec 25,0 cm3 de 0,100 M Fe2+ et la concentration de Fe2+ dans une solution si vous savez que 20,0 cm3 de solution réagissent avec 18,0 cm3 de 0,100 KMnO4.

Comment résoudre

Comme l’équation d’oxydoréduction est équilibrée, 1 mole de MnO4- réagit avec 5 moles de Fe2+. On peut ainsi obtenir le nombre de moles de Fe2+ :

• moles Fe2+ = 0,100 mol/L x 0,0250 L
• moles Fe2+ = 2,50 x 10-3 mol
• En utilisant cette valeur :
• moles MnO4- = 2,50 x 10-3 mol Fe2+ x (1 mol MnO4-/ 5 mol Fe2+)
• moles MnO4- = 5,00 x 10-4 mol MnO4-
• volume de 0,100 M KMnO4 = (5,00 x 10-4 mol) / (1,00 x 10-1 mol/L)
• volume de 0,100 M KMnO4 = 5,00 x 10-3 L = 5,00 cm3

Pour obtenir la concentration de Fe2+ demandée dans la deuxième partie de cette question, le problème est traité de la même manière, à l’exception de la résolution de la concentration inconnue en ions fer :

• moles MnO4- = 0,100 mol/L x 0,180 L
• moles MnO4- = 1,80 x 10-3 mol
• moles Fe2+ = (1,80 x 10-3 mol MnO4-) x (5 mol Fe2+ / 1 mol MnO4)
• moles Fe2+ = 9,00 x 10-3 mol Fe2+
• concentration de Fe2+ = (9,00 x 10-3 mol Fe2+) / (2,00 x 10-2 L)
• concentration Fe2+ = 0.450 M

Conseils pour réussir

Pour résoudre ce type de problème, il est important de vérifier votre travail :

• Vérifiez que l’équation ionique est bien équilibrée. Assurez-vous que le nombre et le type d’atomes sont les mêmes des deux côtés de l’équation. Assurez-vous que la charge électrique nette est la même des deux côtés de la réaction.
• Veillez à travailler avec le rapport molaire entre les réactifs et les produits et non avec les quantités en grammes. Il se peut qu’on vous demande de fournir une réponse finale en grammes. Si c’est le cas, travaillez le problème en utilisant des taupes et utilisez ensuite la masse moléculaire de l’espèce pour convertir entre les unités. La masse moléculaire est la somme des poids atomiques des éléments d’un composé. Multipliez les poids atomiques des atomes par tout indice suivant leur symbole. Ne multipliez pas par le coefficient qui se trouve devant le composé dans l’équation, car vous en avez déjà tenu compte à ce stade !
• Veillez à signaler les grains de beauté, les grammes, la concentration, etc. en utilisant le nombre correct de chiffres significatifs.

Sources

• Schüring, J., Schulz, H. D., Fischer, W. R., Böttcher, J., Duijnisveld, W. H., eds (1999). Redox : Fundamentals, Processes and Applications. Springer-Verlag, Heidelberg ISBN 978-3-540-66528-1.
• Tratnyek, Paul G. ; Grundl, Timothy J. ; Haderlein, Stefan B., eds. (2011). Aquatic Redox Chemistry. ACS Symposium Series. 1071. ISBN 9780841226524.