Cours : Réduction de l’oxyde ferrique et de l’oxyde cuivrique

Expérimentation
Observation
Interprétation

1.Expérimentation

Plaçons dans un creuset un mélange d’oxyde ferrique (Fe2O3) et de l’aluminium en poudre. Introduisons dans ce mélange un ruban de magnésium de telle sorte qu’un bout soit en dehors. Allumons ce bout hors du mélange et laissons le ruban amorcer la combustion du mélange initial.
2.Observation

On constate que le ruban de magnésium brûle jusqu’au mélange. Cela enflamme le mélange. A cet instant on observe une lumière éblouissante et des étincèles qui jaillissent. Tout ceci dégage une grande quantité de chaleur. Lorsque tout a brûlé on observe dans le creuset de la poudre blanche et des solides gris. Ces solides sont attirés par un aimant.
3.Interprétation

La poudre blanche est de l’alumine de formule ( $Al indice 2 simple O indice 3$ ). Les solides gris sont des morceaux de fer ( $Fe$ ). Il s’est donc formé des nouveaux corps qui n’étaient pas présent au début de l’expérience. On conclue par là qu’il s’agit d’une réaction chimique. Elle est également exothermique. En tenant compte des éléments du mélange au départ et des corps qui se sont formés, l’équation bilan de la

réaction est : $Fe indice 2 simple O indice 3 plus 2 Al flèche vers la droite 2 Fe plus Al indice 2 simple O indice 3$ . On vérifie qu’elle est équilibrée : 2 atomes de fer à gauche de la flèche ( $Fe indice 2 simple O indice 3$ ) et 2 atomes de fer à droite de la flèche ( $2 Fe$ ) ; 3 atomes d’oxygène à gauche de la flèche ( $FeO indice 3$ ) et 3 atomes d’oxygène à droite de la flèche ( $Al indice 2 simple O indice 3$ ) ; 2 atomes d’aluminium ( $2 Al$ ) à gauche de la flèche et 2 atomes d’aluminium à droite de la flèche ( $Al indice 2 simple O indice 3$ ).

Analysons les transformations chimiques qui se sont produites au cours de cette réaction : on constate que l’aluminium ( $Al$ ) enlève à l’oxyde ferrique ( $Fe indice 2 simple O indice 3$ ) ses atomes d’oxygène et se combine avec eux. Pour cela on dit que l’aluminium a réduit l’oxyde ferrique. De ce fait l’aluminium est le réducteur et la transformation chimique qui s’est opérée est appelée une réduction.

On remarque que pendant que l’oxyde ferrique ( $Fe indice 2 simple O indice 3$ ) est réduit, l’aluminium ( $Al$ ) subit une oxydation. L’oxyde ferrique est donc appelé un oxydant. On l’appelle également le corps réduit. Dans la même logique, le réducteur qui est l’aluminium ( $Al$ ) est appelé le corps oxydé. Dans cette réaction chimique, on assiste aussi bien à une réduction qu’à une oxydation. Ce type de réaction chimique est ainsi appelée une réaction d’oxydoréduction.

En conclusion :

Un oxydant est le corps qui fournit les atomes d’oxygène au cours d’une réaction d’oxydoréduction.

Une réduction est une transformation chimique qui enlève à un oxydant ses atomes d’oxygène.

Une oxydation une réaction ou une transformation chimique au cours de laquelle

un corps se combine à des atomes d’oxygène.

Réduction de l’oxyde cuivrique

Expérimentation
Observation
Interprétation

1.Expérimentation

Mélangeons de l’oxyde de cuivre et du carbone dans un tube à essai. Le mélange doit être hermétiquement fermé et le tube à essai est muni d’un raccord qui prolonge son ouverture. Ensuite chauffons fortement ce mélange et laissons le raccord plonger dans de l’eau de chaud limpide.
2.Observation

On constate que le mélange devient incandescent au bout de quelques instants. En chauffant le mélange pendant un temps suffisant, on constate que l’eau de chaud se trouble. En observant à l’intérieur du tube à essai après le chauffage, on constate la présence d’un dépôt de matière rouge orangée.

Versons maintenant de l’acide nitrique sur le dépôt dans le tube à essai. On obtient une solution bleue.
3.Interprétation

Le trouble de l’eau de chaud nous permet de dire qu’il s’est formé au cours de cette expérience du dioxyde de carbone ou gaz carbonique ( $CO indice 2$ ). La solution bleue obtenue après le versement de l’acide nitrique sur le dépôt donne la preuve que ce dépôt est du cuivre. En effet ce test constitue la transformation du cuivre en ion cuivre. On retient ainsi qu’au cours de cette expérience il s’est formé également du cuivre. Au vu de tous les produits au départ et de ceux que l’on a obtenu en fin d’expérience, il s’agit là d’une réaction chimique et son équation bilan est :

$2 CuO plus simple C flèche vers la droite 2 Cu plus CO indice 2$ . On vérifie qu’elle est équilibrée : 2 atomes de cuivre à gauche de la flèche ( $2 CuO$ ) et 2 atomes de cuivre à droite de la flèche ( $2 Cu$ ) ; 2 atomes d’oxygène à gauche de la flèche ( $2 CuO$ ) et 2 atomes d’oxygène à droite de la flèche ( $CO indice 2$ ) ; 1 atome de carbone à gauche de la flèche (C) et 1 atome de carbone à droite de la flèche (CO2).

En analysant les transformations chimiques dans cette réaction, on constate que le carbone réduit l’oxyde cuivrique (CuO) en lui enlevant l’atome d’oxygène. Ainsi il s’oxyde en dioxyde de carbone. Le carbone est donc le réducteur. C’est le corps oxydé. L’oxyde cuivrique est donc l’oxydant ; c’est le corps réduit. Cette réaction est également une réaction d’oxydoréduction.
3.Interprétation

Le trouble de l’eau de chaud nous permet de dire qu’il s’est formé au cours de cette expérience du dioxyde de carbone ou gaz carbonique ( $CO indice 2$ ). La solution bleue obtenue après le versement de l’acide nitrique sur le dépôt donne la preuve que ce dépôt est du cuivre. En effet ce test constitue la transformation du cuivre en ion cuivre. On retient ainsi qu’au cours de cette expérience il s’est formé également du cuivre. Au vu de tous les produits au départ et de ceux que l’on a obtenu en fin d’expérience, il s’agit là d’une réaction chimique et son équation bilan est :

$2 CuO plus simple C flèche vers la droite 2 Cu plus CO indice 2$ . On vérifie qu’elle est équilibrée : 2 atomes de cuivre à gauche de la flèche ( $2 CuO$ ) et 2 atomes de cuivre à droite de la flèche ( $2 Cu$ ) ; 2 atomes d’oxygène à gauche de la flèche ( $2 CuO$ ) et 2 atomes d’oxygène à droite de la flèche ( $CO indice 2$ ) ; 1 atome de carbone à gauche de la flèche ( $simple C$ ) et 1 atome de carbone à droite de la flèche ( $CO indice 2$ ).

En analysant les transformations chimiques dans cette réaction, on constate que le carbone réduit l’oxyde cuivrique ( $CuO$ ) en lui enlevant l’atome d’oxygène. Ainsi il s’oxyde en dioxyde de carbone. Le carbone est donc le réducteur. C’est le corps oxydé. L’oxyde cuivrique est donc l’oxydant ; c’est le corps réduit. Cette réaction est également une réaction d’oxydoréduction.

Exercices

Exercice 1
1) La réduction de l’alumine par le dihydrogène produit de l’aluminium et de la vapeur d’eau (H2O).
a) Ecrire l’équation bilan de la réaction.
b) Quel est le corps réduit, le corps oxydé, l’oxydant et le réducteur.
2) On prépare industriellement le dihydrogène en faisant passer sur du fer chauffé de la vapeur d’eau. Il se forme alors du dihydrogène et de l’oxyde magnétique de fer.
a) Ecrire l’équation bilan équilibrée de cette réaction chimique.
b) Quel rôle le fer joue dans cette réaction ? comment l’appelle-t-on ?
Exercice 2

La réaction chimique entre le dioxyde de carbone et l’aluminium donne de l’alumine (Al2O3) et du carbone.
1) Ecrire l’équation bilan de cette réaction chimique.

2) Comment appelle-t-on ce type de réaction ?

a) Quel est le réducteur ?

b) Quel corps est réduit ?

3) Sachant qu’on a utilisé totalement 432 g d’aluminium dans cette réaction chimique,

calculez :
a) La masse de carbone obtenu.

b) La masse de l’alumine formée.

On indique que dans les conditions de l’expérience 108 g d’aluminium réagissent pour donner 204 g d’alumine et 36 g de carbone.
Exercice 3

Au cours d’une expérience, on fait passer sur 0,5 kg d’oxyde ferrique à très haute température, du dihydrogène. On obtient du fer et un dégagement de brouillard constitué de vapeurs d’eau (H2O). Les conditions de l’expérience permettent de produire 112 g de fer pour 160 g d’oxyde ferrique utilisé.
1) Quels sont les réactifs et le(s) produit(s) de cette réaction ?

2) a) Ecrire l’équation bilan de la réaction.

b) Comment appelle-t-on ce type de réaction chimique ?
3) Calculer la masse de fer formé.
Exercice 4

Le silicium (Si) est utilisé dans les silicones et en électronique. Il est obtenu par la réaction de la silice (SiO2) avec le carbone.
1) Sachant que la réaction forme aussi du monoxyde de carbone (CO), écrire l’équation de la réaction.
2) Préciser : l’oxydant, le réducteur, le corps oxydé et le corps réduit.

3) La production de 28 g de silicium nécessite la réaction complète de 60 g de silice avec 24 g de carbone.
a) Calculer la masse de CO ainsi formée.

b) On fait réagir 100 g de silice avec 30 g de carbone. La réaction est-elle complète ?

Justifier la réponse et calculer la masse de silicium formée.

Réduction de l’oxyde ...

Aperçu des sections

Généralités

Réduction de l’oxyde ferrique

Réduction de l’oxyde cuivrique

Exercices