Synthèse de Cours Illustrée avec Exemples par Notion

Oxydoréduction & Dosages

Oxydant/Réducteur, couples $Ox/Red$, demi-équations électroniques et principe du titrage volumétrique colorimétrique.

I Notions d'Oxydant, Réducteur et Couple Redox

Définitions Fondamentales

Un Oxydant ($Ox$) est une espèce chimique capable de gagner un ou plusieurs électrons ($e^-$).
Un Réducteur ($Red$) est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons ($e^-$).
Un Couple Oxydant / Réducteur est noté $\mathbf{Ox / Red}$ et relié par la demi-équation : $$\mathbf{Ox + n\, e^- \rightleftharpoons Red}$$

Exemple d'illustration : Le Couple du Cuivre $Cu^{2+} / Cu$

Dans le couple $Cu^{2+}/Cu$ :

L'ion cuivre $Cu^{2+}$ est l'oxydant : il peut capter 2 électrons.
Le cuivre métallique $Cu$ est le réducteur : il peut céder 2 électrons.

$$\text{Demi-équation : } Cu^{2+} + 2 e^- \rightleftharpoons Cu$$

II Réaction d'Oxydoréduction

Transfert d'Électrons entre Deux Couples

Une réaction d'oxydoréduction est une réaction chimique au cours de laquelle il y a un transfert d'électrons entre le réducteur du couple 1 et l'oxydant du couple 2.

$$\mathbf{Ox_1 + Red_2 \longrightarrow Red_1 + Ox_2}$$

Exemple d'illustration : Réaction entre le Zinc et les Ions Cuivre

On fait réagir du zinc métallique $Zn$ avec des ions cuivre $Cu^{2+}$ en solution :

Demi-équation 1 (Réduction) : $Cu^{2+} + 2 e^- \longrightarrow Cu$
Demi-équation 2 (Oxydation) : $Zn \longrightarrow Zn^{2+} + 2 e^-$

$$\text{Équation bilan globale : } Cu^{2+} + Zn \longrightarrow Cu + Zn^{2+}$$

III Titrage / Dosage Volumétrique Colorimétrique

1. Montage de Titrage

La burette graduée contient la solution titrante de concentration connue $C_2$. Le bêcher contient la solution titrée de concentration inconnue $C_1$ et de volume mesuré $V_1$.

2. Point d'Équivalence

À l'équivalence (volume versé $V_E$) :

$$\mathbf{C_1 \times V_1 = C_2 \times V_E}$$

Figure 1 : Schéma du dispositif de titrage volumétrique

Exemple d'illustration : Calcul Rapide de la Concentration à l'Équivalence

On dose $V_1 = 20\ \text{mL}$ d'une solution d'ions $Fe^{2+}$ par du permanganate à $C_2 = 0{,}02\ \text{mol/L}$. Le changement de couleur survient pour $V_E = 10\ \text{mL}$.

$$C_1 = \frac{C_2 \times V_E}{V_1} = \frac{0{,}02 \times 10}{20} = \mathbf{0{,}01\ \text{mol/L}}$$

IV Exemple Rédigé d'Application Professionnelle

Application : Dosage du Fer dans un Produit d'Usinage

On titrer $V_1 = 25\ \text{mL}$ d'une solution de décapage contenant des ions $Fe^{2+}$ par du permanganate $C_2 = 0{,}01\ \text{mol/L}$. Le virage à la couleur violette persistant survient pour $V_E = 18\ \text{mL}$.

1. Calcul de la concentration molaire $C_1$ :
$C_1 = \frac{C_2 \times V_E}{V_1} = \frac{0{,}01 \times 18}{25} = \frac{0{,}18}{25} = \mathbf{0{,}0072\ \text{mol/L}}$.

2. Concentration massique $C_m$ ($M_{Fe} = 55{,}8\ \text{g/mol}$) :
$C_m = C_1 \times M_{Fe} = 0{,}0072 \times 55{,}8 = \mathbf{0{,}402\ \text{g/L}}$.