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Partie 2 : Couple oxydant/réducteur - Demi-équations électroniques

On regroupe un oxydant et un réducteur qui se correspondent dans une demi-équation pour former un couple oxydant/réducteur.

Table des matières

1. Notion de couple oxydant/réducteur
2. Demi-équations électroniques
3. Exemples de couples à connaître
4. Méthode d'écriture d'une demi-équation

1 Notion de couple oxydant/réducteur

📌 Définition

Un couple oxydant/réducteur est l'ensemble formé par un oxydant et un réducteur qui se correspondent dans la même demi-équation électronique.

Il se note de la manière suivante :

$$\text{oxydant } / \text{ réducteur}$$

L'oxydant est toujours écrit en premier.

📝 Exemples

Couple $Cu^{2+}_{(aq)} / Cu_{(s)}$
Couple $Zn^{2+}_{(aq)} / Zn_{(s)}$
Couple $Fe^{3+}_{(aq)} / Fe^{2+}_{(aq)}$
Couple $H^+_{(aq)} / H_{2(g)}$

Remarque

Un oxydant et son réducteur conjugué sont liés par une réaction de transfert d'électrons. Ils constituent une entité unique : le couple.

2 Demi-équations électroniques

Définition

Une demi-équation électronique est l'écriture symbolique du passage de l'oxydant au réducteur (ou inversement) pour un couple donné, en faisant apparaître les électrons échangés.

$$\text{oxydant} + n\,e^{-} \rightleftharpoons \text{réducteur}$$

$n$ est le nombre d'électrons échangés.

                    Règle de lecture
                    Dans le sens oxydant \(\rightarrow\) réducteur : l'oxydant capte \(n\) électrons, il est réduit.
Dans le sens réducteur \(\rightarrow\) oxydant : le réducteur cède \(n\) électrons, il est oxydé.

                

Couple	Demi-équation
$Cu^{2+}/Cu$	$Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \rightleftharpoons Cu_{(s)}$
$Zn^{2+}/Zn$	$Zn^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \rightleftharpoons Zn_{(s)}$
$Fe^{3+}/Fe^{2+}$	$Fe^{3+}_{(aq)} + e^{-} \rightleftharpoons Fe^{2+}_{(aq)}$
$H^+/H_2$	$2H^+_{(aq)} + 2e^{-} \rightleftharpoons H_{2(g)}$

Schéma d'un couple oxydant/réducteur

3 Exemples de couples à connaître

Couple	Oxydant	Réducteur	Demi-équation
$H^+/H_2$	$H^+_{(aq)}$	$H_{2(g)}$	$2H^+ + 2e^- \rightleftharpoons H_2$
$M^{n+}/M$	$M^{n+}_{(aq)}$	$M_{(s)}$	$M^{n+} + ne^- \rightleftharpoons M$
$Fe^{3+}/Fe^{2+}$	$Fe^{3+}_{(aq)}$	$Fe^{2+}_{(aq)}$	$Fe^{3+} + e^- \rightleftharpoons Fe^{2+}$
$I_2/I^-$	$I_{2(aq)}$	$I^-_{(aq)}$	$I_2 + 2e^- \rightleftharpoons 2I^-$
$MnO_4^-/Mn^{2+}$	$MnO_4^-_{(aq)}$	$Mn^{2+}_{(aq)}$	$MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons Mn^{2+} + 4H_2O$
$Cr_2O_7^{2-}/Cr^{3+}$	$Cr_2O_7^{2-}_{(aq)}$	$Cr^{3+}_{(aq)}$	$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightleftharpoons 2Cr^{3+} + 7H_2O$

Les demi-équations en milieu acide font intervenir $H^+$ et $H_2O$.

                    Oxydants et réducteurs dans le tableau périodique
                    Les métaux (Na, Zn, Fe...) sont généralement des réducteurs.
Les non-métaux (O₂, Cl₂, F₂...) sont généralement des oxydants.
Un élément peut être oxydant ou réducteur selon son degré d'oxydation.

                

4 Méthode d'écriture d'une demi-équation

📝 Méthode en 5 étapes

Étape 1 : Écrire l'oxydant et le réducteur séparés par $\rightleftharpoons$.

Étape 2 : Équilibrer les atomes (autres que O et H).

Étape 3 : Équilibrer l'oxygène en ajoutant des molécules d'eau $H_2O$.

Étape 4 : Équilibrer l'hydrogène en ajoutant des ions $H^+$ (milieu acide) ou $HO^-$ (milieu basique).

Étape 5 : Équilibrer les charges électriques en ajoutant des électrons $e^{-}$ du côté le plus chargé positivement.

🔬 Application : Écrire la demi-équation de $MnO_4^- / Mn^{2+}$ en milieu acide

1 : $MnO_4^- \rightleftharpoons Mn^{2+}$

2 : Atomes d'oxygène : $MnO_4^- \rightleftharpoons Mn^{2+} + 4H_2O$

3 : Atomes d'hydrogène : $MnO_4^- + 8H^+ \rightleftharpoons Mn^{2+} + 4H_2O$

4 : Charges : à gauche $-1 + 8 = +7$ ; à droite $+2$.

5 : On ajoute 5 électrons à gauche : $MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons Mn^{2+} + 4H_2O$

                    À retenir
                    Un couple oxydant/réducteur est noté \(Ox/Red\).
La demi-équation associe l'oxydant et le réducteur par un transfert d'électrons.
Les demi-équations doivent respecter les lois de conservation de la matière et de la charge.
En milieu acide, on utilise \(H^+\) et \(H_2O\) pour équilibrer.

                

Et après ?

Dans la Partie 3, on apprendra à combiner deux demi-équations pour écrire l'équation d'une réaction d'oxydoréduction.

Partie 1 Partie 3

Couple	Demi-équation
\(Cu^{2+}/Cu\)	\(Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \rightleftharpoons Cu_{(s)}\)
\(Zn^{2+}/Zn\)	\(Zn^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \rightleftharpoons Zn_{(s)}\)
\(Fe^{3+}/Fe^{2+}\)	\(Fe^{3+}_{(aq)} + e^{-} \rightleftharpoons Fe^{2+}_{(aq)}\)
\(H^+/H_2\)	\(2H^+_{(aq)} + 2e^{-} \rightleftharpoons H_{2(g)}\)

Couple	Oxydant	Réducteur	Demi-équation
\(H^+/H_2\)	\(H^+_{(aq)}\)	\(H_{2(g)}\)	\(2H^+ + 2e^- \rightleftharpoons H_2\)
\(M^{n+}/M\)	\(M^{n+}_{(aq)}\)	\(M_{(s)}\)	\(M^{n+} + ne^- \rightleftharpoons M\)
\(Fe^{3+}/Fe^{2+}\)	\(Fe^{3+}_{(aq)}\)	\(Fe^{2+}_{(aq)}\)	\(Fe^{3+} + e^- \rightleftharpoons Fe^{2+}\)
\(I_2/I^-\)	\(I_{2(aq)}\)	\(I^-_{(aq)}\)	\(I_2 + 2e^- \rightleftharpoons 2I^-\)
\(MnO_4^-/Mn^{2+}\)	\(MnO_4^-_{(aq)}\)	\(Mn^{2+}_{(aq)}\)	\(MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons Mn^{2+} + 4H_2O\)
\(Cr_2O_7^{2-}/Cr^{3+}\)	\(Cr_2O_7^{2-}_{(aq)}\)	\(Cr^{3+}_{(aq)}\)	\(Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightleftharpoons 2Cr^{3+} + 7H_2O\)