Oxydoréduction et piles

En clair. Couples, demi-équations, Nernst (intro)

Ce qu'on te demande au bac (Spé Physique-Chimie) : maîtriser le vocabulaire de « Oxydoréduction et piles », savoir refaire les raisonnements du cours et les réutiliser sur un sujet ou un document nouveau.

Conseil de révision. Lis d'abord cet encadré, puis fais le quiz : si tu bloques, reprends la partie du cours correspondante.

1. Réaction d'oxydoréduction

Une réaction d'oxydoréduction est un transfert d'électrons entre un réducteur (donneur) et un oxydant (accepteur).

• Oxydation : $\text{Red} \to \text{Ox} + n\,e^-$ (perte d'électrons).
• Réduction : $\text{Ox} + n\,e^- \to \text{Red}$ (gain d'électrons).
• Couple oxydant/réducteur : $\text{Ox}/\text{Red}$. Exemples : $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$, $\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}$, $\text{MnO}_4^-/\text{Mn}^{2+}$.

2. Équilibrer une demi-équation

1. Équilibrer l'élément principal.
2. Équilibrer O avec H₂O.
3. Équilibrer H avec H⁺ (milieu acide).
4. Équilibrer la charge avec e⁻.

Exemple : $\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5\,e^- \to \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}$.

Pour obtenir la réaction globale, on combine deux demi-équations en éliminant les électrons.

3. Piles électrochimiques

Deux demi-piles (couples Ox/Red) reliées par un pont salin. Aux bornes :

• Anode (–) : oxydation.
• Cathode (+) : réduction.

Notation : $\text{Zn} | \text{Zn}^{2+} \,\|\, \text{Cu}^{2+} | \text{Cu}$.

Force électromotrice : $E = E_{cathode}^\circ - E_{anode}^\circ$ (V).

4. Quantité d'électricité

$Q = I \cdot t = n_e \cdot \mathcal{F}$, $\mathcal{F} = 96\,500$ C/mol (Faraday).

D'où la masse déposée à une électrode : $m = \dfrac{M \cdot I \cdot t}{n \cdot \mathcal{F}}$.

5. Accumulateurs et batteries

• Plomb-acide : voitures thermiques.
• Lithium-ion : électronique, véhicules électriques. Cathode LiCoO₂ ou LiFePO₄.
• Ni-MH : hybrides.

Énergies massiques (Wh/kg) : Pb 30, Ni-MH 80, Li-ion 200.

6. Pile à combustible

$2\text{H}_2 + \text{O}_2 \to 2\text{H}_2\text{O}$, conversion directe énergie chimique → électrique. Sous-produit : eau. Rendement > 60 %.

7. Électrolyse

Réaction inverse, forcée par un générateur. Applications : électrolyse de l'eau (production d'H₂), zincage, raffinage du cuivre, production d'aluminium (Hall-Héroult).

À retenir

• Oxydation = perte d'e⁻ ; réduction = gain.
• Couple Ox/Red, demi-équations équilibrées avec H⁺, H₂O.
• $Q = It = n_e \mathcal{F}$, $\mathcal{F} = 96\,500$ C/mol.
• Piles ≠ électrolyses (spontané vs forcé).