Fiche de révision : Modélisation de l’évolution d’une réaction chimique

Notion de réaction d’oxydoréduction

• Une pile, aussi appelée générateur électrochimique, est un appareil produisant de l’électricité en mettant en jeu une réaction chimique.
• L’équation représentant une réduction ou une oxydation met en jeu un ou plusieurs électrons : elle est appelée demi-équation électronique.
• Dans une pile, on observe une oxydation et une réduction :
• l’anode est l’électrode où se produit l’oxydation ;
• la cathode est l’électrode où se produit la réduction.
• Le défaut ou l’excès d’électrons de valence d’un élément constitutif d’une espèce chimique est appelé nombre d’oxydation de cet élément dans cette espèce chimique.
• Le nombre d’oxydation d’un élément augmente quand il est oxydé, et diminue quand il est réduit.
• Le $\text{n.o.}$ est très souvent indiqué en chiffres romains.
• Pour calculer les nombres d’oxydation :
• égal au nombre de charges électriques d’un corps pur.
• $-\,\text{II}$ pour l’oxygène sauf dans la molécule de dioxygène.
• $+\,\text{I}$ pour l’hydrogène sauf dans la molécule de dihydrogène.
• la somme des $\text{n.o.}$ dans un corps composé est égale au nombre de charges.
• Deux espèces chimiques ayant en commun un élément à des nombres d’oxydation différents forme un couple oxydant/réducteur, ou ox/red.
• L’oxydant est celui présentant le nombre d’oxydation le plus élevé.
• Les deux espèces sont liées par la demi-équation : $\text{ox}^{n+} + n \text{e}^- = \text{red}$.
• Le signe d’égalité signifie que deux réactions sont possibles : une réduction vers la droite, une oxydation vers la gauche.
• Le potentiel électrochimique d’un couple ox/red, noté $E$ et exprimé en volt ($\text{V}$), est une caractéristique mesurée expérimentalement.
• Il s’agit de la différence de potentiel, ou tension électrique, aux bornes d’une pile présentant ce couple ox/red à une électrode et le couple $\text{H}$2\text{O}\,/\,\text{H}2 à l’autre électrode.
• Soit deux couples ox/red de potentiels différents.
• L’oxydant du couple au potentiel le plus élevé peut oxyder le réducteur de l’autre couple de manière spontanée : $a\,\text{ox}$1 + b\,\text{red}2 \to c\,\text{red}1 + d\,\text{ox}2.
• La réaction inverse n’a pas lieu. Aucun électron n’apparaît dans l’équation-bilan équilibrée.

Évolution d’une réaction chimique

• La variable $x$ est appelée avancement. Celle-ci est mesurée en moles et représente la progression de la transformation chimique.
• On présente dans un tableau d’avancement les quantités disponibles de chaque espèce chimique au cours de la progression de la transformation chimique.
• Les quantités de matière consommées et formées y sont des multiples de $x$.
• Une transformation totale ne s’arrête que quand un réactif au moins est épuisé.
• Les réactions d’oxydoréduction sont généralement totales.
• L’avancement final est la valeur de l’avancement de la réaction dans l’état final.
• Si la réaction est totale, l’avancement final est aussi appelé avancement maximal.
• L’avancement final et l’avancement maximal dépendent de la réaction étudiée et de l’état initial.
• On peut donc, dans le cas d’une réaction totale, prévoir l’état final et l’avancement final, connaissant les quantités initiales de réactifs.
• Si aucun réactif n’est limitant ni en excès, le mélange initial est dit stœchiométrique.
• Pour ce faire, les réactifs doivent y être présents dans les proportions indiquées dans l’équation-bilan équilibrée.

Exemple de tableau d’avancement (éthylotest)