Sauter à un chapitre clé
- Tout d'abord, nous parlerons des réactions d'oxydoréduction et des états d'oxydation.
- Ensuite, nous expliquerons ce que sont les titrages d'oxydoréduction et nous examinerons une courbe de titrage d'oxydoréduction.
- Ensuite, nous suivrons une expérience de titrage d'oxydoréduction et nous examinerons les calculs de titrage d'oxydoréduction.
- Enfin, nous passerons en revue quelques exemples impliquant des titrages d'oxydoréduction.
Réactions d'oxydation-réduction (redox)
Avant de plonger dans les titrages redox, rappelons ce que sont les réactions d'oxydo-réduction.
Au cours d'une réaction d'oxydoréduction, les électrons sont échangés par les réactifs, ce qui modifie l'état d'oxydation des atomes des réactifs vers les produits.
Si une substance accepte unélectron, on dit qu'elle est réduite, tandis que si une substance perd un électron, elle est oxydée. Au cours d'une réaction d'oxydoréduction, les électrons sont transférés de l'espèce oxydée à l'espèce réduite !
Nous pouvons utiliser l'un des moyens mnémotechniques suivants pour nous en souvenir :
- OIL RIG : L'oxydation est une perte, la réduction est un gain.
- LEO le lion GERS : Oxydationpar perte d' électrons, réductionpar gain d' électrons
Définissons maintenant les agents oxydants et réducteurs. L'espèce qui réduit (ajoute des électrons) une autre espèce est appelée agent réducteur. Un agent réducteur s'oxyde et perd des électrons. En revanche, l'agent oxydant oxyde (prend des électrons à) une autre espèce, gagne donc un électron et est réduit.
États d'oxydation
Nous pouvons également regarder leurs nombres d'oxy dation pour déterminer quelle molécule est oxydée ou réduite dans une réaction d'oxydoréduction.
Lesnombres d'oxy dation (ou états d'oxydation) indiquent aux chimistes la charge d'un atome et le nombre d'électrons qu'il a gagnés ou donnés au cours d'une réaction.
| Déterminer les états d'oxydation |
| Lorsque les atomes sont sous leur forme élémentaire, ils ont un nombre d'oxydation de zéro. Par exemple, le nombre d'oxydation du néon, Ne, est zéro. L'état d'oxydation de la molécule de fluor,F2, est également nul. |
| Pour un ion monatomique, le nombre d'oxydation est le même que sa charge ionique. Par exemple, K+ a un nombre d'oxydation de +1, tandis que Ca2+ a un nombre d'oxydation de +2. |
| Dans les composés ioniques, les métaux alcalins (groupe 1A) auront toujours un nombre d'oxydation de +1. Le groupe 2A aura un nombre d'oxydation de +2. L'aluminium, du groupe 3A, aura toujours un nombre d'oxydation de +3 dans les composés ioniques. |
Atomes dans les composés moléculaires :
|
| La somme des nombres d'oxydation est égale à zéro pour un composé neutre et à la charge totale pour un ion polyatomique. |
Prenons un exemple !
Détermine le nombre d'oxydation du soufre dans : SCl2 et SO42-.
Dans SCl2, le chlore devrait avoir un nombre d'oxydation de -1 puisque Cl est un halogène et que la somme des nombres d'oxydation doit être égale à zéro. Ainsi, en résolvant x, nous pouvons déterminer le nombre d'oxydation du soufre.
$$ x + 2(-1) = 0 $$
$$ x = -2 $$
L'état d'oxydation du soufre est donc -2.
Maintenant, remarque que SO42- est un ion polyatomique avec une charge globale de -2. Cela signifie que la somme des nombres d'oxydation sera égale à -2. D'après le tableau ci-dessus, nous savons que l'oxygène aura un nombre d'oxydation de -2. Donc, si nous laissons x être le nombre d'oxydation du soufre, nous obtenons :
$$ x + 4(-2) = -2 $$
$$ x = +6 $$
Dans ce cas, le degré d'oxydation du soufre est égal à +6.
Maintenant, pour mettre en commun tout ce que nous avons appris jusqu'à présent, examinons la réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique et les états d'oxydation impliqués.
Réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique, StudySmarter Originals.
Remarque que le nombre d'oxydation de Mg est passé de 0 à +2, ce qui signifie qu'il a perdu des électrons et qu'il a été oxydé. H+ dans l'acide passe de +1 à 0, ce qui suggère qu'il a gagné des électrons et qu'il a été réduit.
- Si le nombre d'oxydation augmente, on dit que l'espèce a été oxydée.
- Si le nombre d'oxydation diminue, on dit que l'espèce a été réduite.
- Si le nombre d'oxydation reste le même (comme dans le cas de Cl), on parle d'ions spectateurs. Les ions spectateurs sont généralement retirés lors de l'écriture des équations ioniques nettes.
Pour en savoir plus sur les réactions d'oxydoréduction, les ions spectateurs et les équations ioniques nettes, consulte"Équations ioniques nettes" et"Réactions d'oxydoréduction".
Explication du titrage redox
Tout d'abord, définissons le titrage.
Un titrage est une technique utilisée pour déterminer la concentration d'une solution inconnue en ajoutant lentement une solution de concentration connue à une autre solution de concentration inconnue.
Dans les titrages redox, un agent oxydant est titré avec un agent réducteur (ou vice versa). Par exemple, nous pouvons utiliser du bichromate de potassium pour titrer une solution de chlorure de fer(II). Au cours de ce titrage, la solution de Cr2O72- est ajoutée à la solution de Fe2+. L'ion bichromate est réduit en Cr3+ alors qu'il oxyde le Fe2+ en Fe3+.
Il existe différents types de titrages redox, qui sont généralement nommés d'après le réactif utilisé !
- Lapermanganométrie est un titrage redox qui utilise le permanganate de potassium comme agent oxydant. Les titrages au permanganate de potassium n'ont pas besoin d'indicateur car le KMnO4 faitdéjà office d'indicateur ! Dans un titrage de fer(III) avec du permanganate, les chimistes utilisent de l'acide phosphorique pour masquer la couleur du fer(III) afin qu'il n'interfère pas avec le changement de couleur au point final du titrage.
- Lacérimétrie est un type de titrage redox qui utilise le sulfate cérique d'ammonium comme agent oxydant. Les titrages sont généralement effectués sur de l'acide perchlorique ou de l'acide sulfurique.
- Ladichrométrie utilise le bichromate de potassium (K2Cr2O7) comme agent oxydant. Dans ce type de titrage redox, un indicateur redox (par exemple, le sulfonate de diphénylamine de baryum) est utilisé pour nous indiquer le point final du titrage.
- Labromatométrie est un titrage redox qui utilise le bromate de potassium comme agent oxydant.
- Les titragesiodimétriques utilisent l'iode (I2) comme agent oxydant pour titrer les agents réducteurs. Les titrages iodimétriques sont généralement effectués dans des solutions neutres ou légèrement basiques/acides.
- Les titragesiodométriques, quant à eux, utilisent l'ion iodure comme agent réducteur faible.
Tu peux en apprendre davantage sur les titrages en consultant larubrique "Titrage" !
Courbe de titrage redox
Les titrages redox ont tendance à être un peu plus complexes à évaluer que les courbes de titrage impliquant des titrages acido-basiques. Les chimistes peuvent contrôler les titrages redox en surveillant le potentiel électrochimique.
Une courbe de titrage redox suit le changement de potentiel (E) en fonction du volume du réactif de titrage ajouté. Le réactif de tit rage est la substance de concentration connue, tandis que l'analyte est la substance de concentration inconnue.
À titre d'exemple, nous pouvons utiliser le titrage de 50,0 ml de 0,100 M Fe2+ avec 0,100 M Ce4+ dans 1 M HClO4. Dans ce cas, la réaction est \( Fe^{2+} (aq) + Ce^{4+}(aq) \leftrightharpoons Ce^{3+}(aq) + Fe^{3+} (aq) \). Remarque qu'il s'agit d'un exemple de titrage où l'analyte est un agent réducteur (Ared), tandis que le titrant est un agent oxydant (Tox).
$$ A_{red} + T_{ox} \rightleftharpoons T_{red} + A_{ox} $$
Le potentiel électrochimique de la réaction correspond à la différence entre les potentiels de réduction des demi-réactions d'oxydation et de réduction.
$$ E_{rxn} = E_{frac{T_{ox}}{T_{red}} - E_{\frac{A_{ox}}{A_{red}}} $$
Lorsque la réaction entre l'analyte et le réactif de titrage atteint l'équilibre, on dit que l'Erxn est nulle et que \( E_{\frac{T_{ox}}{T_{red}} = E_{\frac{A_{ox}}{A_{red}} \) .
Pour pouvoir suivre la progression des titrages redox, nous pouvons utiliser le potentiel de l'une ou l'autre demi-réaction. Regarde maintenant la courbe de titrage d'oxydoréduction ci-dessous.
Que se passe-t-il exactement ici ? Jetons un coup d'œil ! Avant que le point d'équivalence ne soit atteint, le mélange se compose principalement de la forme oxydée et de la forme réduite de l'analyte. Le point d'équivalence est atteint lorsque 50 ml de Ce4+ ont été ajoutés au mélange. Au point d'équivalence, les moles de Fe2+ et de Ce4+ sont égales. Après le point d'équivalence, des quantités significatives des formes oxydées et réduites du réactif de titrage sont présentes.
L'image ci-dessous montre un montage expérimental pour ce titrage redox. L'électrode de Pt réagit à la concentration relative de Fe3+/Fe2+ et de Ce4+/Ce3+, tandis que l'électrode de calomel sert de référence.
Expérience de titrage redox
Tu es curieux de savoir comment les titrages d'oxydoréduction sont effectués en laboratoire ? Examinons un exemple impliquant la détermination du pourcentage de H2O2 dans une bouteille de 3% deH2O2achetée en magasin. Nous utiliserons une solution standardisée de KMnO4 comme réactif de titrage.
- Enregistre la masse d'un erlenmeyer propre de 125 ml à l'aide d'une balance analytique.
- Introduis à la pipette 1,0 ml de la solution d'échantillon de H2O2 dans l'erlenmeyer et note la masse de la solution de H2O2 ajoutée.
- Ajoute 10 ml de H2SO4 3M dans l'erlenmeyer, puis ajoute 50 ml d'eau distillée.
- Remplis une burette avec 50 ml de ta solution standard de KMnO4 0,025 M. Note le volume initial de la burette.
- Maintenant, glisse un morceau de papier blanc sous le flacon contenant l'analyte, et titre-le avec la solution de KMnO4 jusqu'à ce que la solution d'analyte change de couleur et prenne une couleur rose/pourpre très pâle de façon permanente.
- Note le volume final de la burette. Cette différence entre le volume initial et le volume final de la burette nous indiquera le volume et la concentration de KMNO4 nécessaires pour atteindre le point final du titrage.
- Nous pouvons ensuite calculer le pourcentage réel de H2O2 dans la bouteille achetée en magasin en utilisant la stœchiométrie.
Disons que tu as réalisé une expérience, semblable à celle ci-dessus, et que tu as enregistré les données suivantes :
Le volume initial de la burette | 50,00 ml |
Volume final de la burette | 64,00 mL |
Volume de la solution de H2O2 titrée (densité = 1,00 g/mL) | 1,00 mL |
Molarité de la solution de KMnO4 | 0.025 M |
Utilise les données recueillies pour calculer le pourcentage (%) deH2O2dans la solution de peroxyde d'hydrogène achetée en magasin.
Étape 1 : Calcule les moles de KMnO4.
$$ \frac{0.025 \text{ mol } KMnO_{4}}{1000\text{ mL de solution}} \facteurs 14.00\text{ mL solution} = 0.00035 \text{ mol }KMnO_{4} $$
Étape 2 : Utilise les moles de KMnO4 pour trouver les moles de H2O2.
$$ 0.00035 \text{ mol }KMnO_{4} \fois \frac{5 \text{ mol }H_{2}O_{2}}{2 \text{ mol }KMnO_{4} } = 0.000875 \text{ mol }H_{2}O_{2} $$
Étape 3 : Calculer la masse de H2O2.
$$ 0.000875 \text{ mol }H_{2}O_{2} \times \frac{34.02\text{ } g\text{ } H_{2}O_{2}}{1\text{ } mol\text{ } H_{2}O_{2}} = 0.0298 \text{ } g\text{ }H_{2}O_{2} $$
Étape 4: Trouver le %H2O2.
$$ \frac{0.0298 \text{ } g\text{ }H_{2}O_{2} }{1.00\text{ } mL}\ fois 100 = 2.97\text{%} $$
Remarque que la bouteille achetée en magasin contenait 3 % de H2O2. Cependant, les données expérimentales nous indiquent que le % de H2O2 est en fait de 2,97 %.
Calculs de titrage redox
Nous avons appris que la concentration d'une substance peut être déterminée par titrage redox. Résolvons donc un problème impliquant des calculs !
Lors du titrage d'une solution de 25,0 ml de Fe2+ avec du MnO4-, 16,7 ml de 0,0152 M MnO4- ont été utilisés. Trouve la concentration de Fe2+.
Pour répondre à cette question, nous devons suivre certaines étapes :
Étape 1. Écris l'équation ionique nette équilibrée pour la réaction de titrage. Si tu n'es pas sûr de toi, consulte l'explication surles "Équations ioniques nettes".
$$ 5Fe^{2+} + MnO_{4}^{-} + 8H^{+} \longrightarrow 5Fe^{3+} + Mn^{2+} + 4H_{2}O $$
Étape 2. Calcule le nombre de moles de MnO4- ayant réagi.
$$ 0.0167\text{ L } \text{ } \N- fois 0.0152\frac{mol}{L} = 2.54\Nfois 10^{-4}\text{ } \text{moles de }MnO_{4}^{-} $$
Étape 3. Calculer la concentration de Fe2+ dans l'échantillon.
$$ 2.54\times 10^{-4}\text{ } \text{moles de }MnO_{4}^{-}\text{ }\times \frac{5\text{ mol }Fe^{2+}}{1 \text{ mol }MnO_{4}^{-}} =1.27\times 10^{-3}\text{ moles de }Fe^{2+} $$
$$ \left[ Fe^{2+}\right]=\frac{1.27\times 10^{-3}\text{ mol }Fe^{2+}}{0.0250\text{ L}} = \textbf{0.0508 M}\text{ } Fe^{2+} $$
Exemples de titrage redox
Terminons en examinant quelques exemples de titrages redox. Nous pouvons utiliser le titrage iodimétrique pour trouver la masse d'acide ascorbique dans un comprimé de vitamine C, par titrage avec une solution de 0,005 M I2.
Les chimistes peuvent également utiliser un autre type de titrage redox, le titrage iodométrique, pour trouver le pourcentage de cuivre dans un échantillon de laiton inconnu.
Maintenant, j'espère que tu es plus confiant dans ta compréhension des titrages d'oxydoréduction !
Titrage d'oxydoréduction - Points clés
- Au cours d'une réaction d'oxydoréduction, les électrons sont échangés par les réactifs, ce qui modifie l'état d'oxydation des atomes des réactifs vers les produits.
- Dans les titragesredox , un agent oxydant est titré avec un agent réducteur (ou vice versa).
- Une courbe de titrage redox suit la variation du potentiel (E) en fonction du volume du réactif titrant ajouté. Le réactif de tit rage est la substance de concentration connue, tandis que l'analyte est la substance de concentration inconnue.
Références
- AP ® Chemistry DESCRIPTION DU COURS ET DE L'EXAMEN En vigueur à l'automne 2020. (n.d.). https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf
- Dingle, A., & Association pour la recherche et l'éducation. (2020). Cours accéléré de chimie de l'AP. Association de recherche et d'éducation.
- Moore, J. T., & Langley, R. (2021). McGraw Hill : AP chemistry, 2022. Mcgraw-Hill Education.
- Theodore Lawrence Brown, Eugene, H., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2018). Chimie : la science centrale (14e éd.). Pearson.
- AP Chemistry L4-4 Redox Titration Lab. (n.d.). Studylib.net. Consulté le 9 juillet 2022, à l'adresse https://studylib.net/doc/8818137/ap-chemistry-l4-4-redox-titration-lab-determination-of-the.
- REDOX TITRATIONS. (s.d.). https://teachntest.files.wordpress.com/2017/11/redox-titrations.pdf
- Redox Titration Curves. (n.d.). BrainKart. https://www.brainkart.com/article/Redox-Titration-Curves_29670/
- Redox Titrations. (n.d.). https://www.calstatela.edu/sites/default/files/dept/chem/05fall/201/lecture10-redox-titrations.pdf
Apprends plus vite avec les 15 fiches sur Titration Redox
Inscris-toi gratuitement pour accéder à toutes nos fiches.
Questions fréquemment posées en Titration Redox
À propos de StudySmarter
StudySmarter est une entreprise de technologie éducative mondialement reconnue, offrant une plateforme d'apprentissage holistique conçue pour les étudiants de tous âges et de tous niveaux éducatifs. Notre plateforme fournit un soutien à l'apprentissage pour une large gamme de sujets, y compris les STEM, les sciences sociales et les langues, et aide également les étudiants à réussir divers tests et examens dans le monde entier, tels que le GCSE, le A Level, le SAT, l'ACT, l'Abitur, et plus encore. Nous proposons une bibliothèque étendue de matériels d'apprentissage, y compris des flashcards interactives, des solutions de manuels scolaires complètes et des explications détaillées. La technologie de pointe et les outils que nous fournissons aident les étudiants à créer leurs propres matériels d'apprentissage. Le contenu de StudySmarter est non seulement vérifié par des experts, mais également régulièrement mis à jour pour garantir l'exactitude et la pertinence.
En savoir plus