I/ INTRODUCTION :
La classification qualitative des couples redox permet de prévoir les réactions possibles entre les espèces qui constituent ces couples, mais elle ne permet pas de savoir si une réaction possible sera totale ou partielle.
Pour avoir une connaissance plus précise de la force d’un réducteur ou de la force d’un oxydant, nous allons établir une classification dite quantitative qui nous permettra d’associer à chaque couple une grandeur numérique appelée potentiel normale d’oxydoréduction.
Cette classification se fera grâce à l’étude des piles électrochimiques.
II/ ETUDE D’UNE PILE: LA PILE DANIELL
II-1/ DISPOSITIF EXPERIMENTAL :
Chaque compartiment représente une demi-pile.
II-2/ OBSERVATIONS :
On constate que:
► L’aiguille du voltmètre dévie: donc un courant circule à l’extérieur de la pile de l’électrode de cuivre (borne positive) vers l’électrode de zinc (borne négative) ;
► La partie immergée de l’électrode de zinc diminue en masse;
► La partie immergée de l’électrode de cuivre augmente en masse.
REMARQUE: ROLE DU PONT SALIN
Le pont salin ou pont électrolytique est une colonne contenant du coton imbibé d’une solution électrolytique de chlorure de potassium (K+ ; Cl -) qui sert à fermer le circuit. Il permet aussi la migration des ions d’un
compartiment à l’autre. Dans la demi-pile qui s’enrichit en cations (électrode négative) le pont salin apporte des anions (Cl -) et dans la demi-pile qui s’appauvrit en cations (électrode positive) le pont salin apporte des cations (K+).
II-3/ INTERPRETATION :
Le courant électrique qui circule correspond à un déplacement d’électrons dans les fils conducteurs et à un déplacement d’ions dans les solutions électrolytiques.
Chaque demi-pile est le siège d’une demi-équation électronique:
► A la borne négative :
Les électrons qui entrent dans le circuit extérieur sont fournis par l’électrode de zinc qui est le siège d’une oxydation.
Zn (venant de l’électrode) ⇄ Zn2+ (qui passent dans la solution) + 2e- (passent dans le circuit extérieur)
►A la borne positive :
Les électrons lorsqu’ils arrivent à l’électrode de cuivre, sont consommés par la réaction de réduction des ions Cu2+.
Cu2+(venant de la solution) + 2e- (venant du circuit extérieur) ⇄ Cu(qui se dépose sur l’électrode de Cu)
Le bilan de fonctionnement de la pile de Daniell se traduit par une réaction d’oxydoréduction.
II-4/ CONCLUSION :
La pile Daniell équivaut à un générateur électrique dont le pôle positif est l’électrode de Cu et celle de Zn le pôle négatif.
II-5/ NOTATION CONVENTIONNELLE DE LA PILE :
On représente symboliquement la pile Daniell par le schéma conventionnel suivant:
N.B: le pôle négatif est toujours placé à gauche.
III/ DEMI-PILE A HYDROGENE :
III-1/ CONSTITUTION DE LA DEMI-PILE :
Elle est constituée par une électrode de platine plongeant dans une solution d’acide chlorhydrique (H3O+ ; Cl -). A l’aide d’un tube on fait barboter du dihydrogène H2 dans la solution au voisinage de l’électrode où il se fixe.
La demi-équation électronique correspondante est:
III-2/ ELECTRODE DE REFERENCE: ELECTRODE NORMALE A HYDROGENE:
L’électrode normale à hydrogène est la demi-pile de référence. Son potentiel est nul. On le note:
III-3/ PLACE DU COUPLE H3O+/H2 DANS L’ECHELLE DE CLASSIFICATION ELECTROCHIMIQUE:
Des expériences ont montrés que les ions H3O+ sont moins oxydants que les ions Cu2+ mais plus oxydants que les ions Pb2+.
IV/ POTENTIEL NORMAL D’OXYDOREDUCTION D’UN COUPLE REDOX :
Le potentiel normal d’oxydoréduction d’un couple redox Mn+/M est le potentiel de l’électrode du métal M mesuré par rapport à l’électrode normale à hydrogène (E.N.H).
On le note:
Il s’exprime en Volt (V).
V/ EXTRAIT DU TABLEAU DE CLASSIFICATION QUANTITATIVE DES COUPLES REDOX MN+/M :
QUELQUES REMARQUES:
► Une réaction d’oxydoréduction est totale si la différence des potentiels normaux des couples redox en valeur absolue est supérieure à 0,3 V.
► La force électromotrice (f.e.m) d’une pile est égale à la différence des potentiels (d.d.p) normaux des couples redox en valeur absolue.
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