Réactions acido-basiques et d'oxydo-réduction (PCM STL)

Ce matériel regroupe les deux premières parties du thème « Transformation de la matière » du programme de physique-chimie et mathématiques de terminale STL : les réactions acido-basiques en solution aqueuse et les réactions d'oxydo-réduction.

Côté acide-base, le programme prolonge le diagramme de prédominance et le pKa vus en première. Les questions font définir la constante d'acidité et le pKa d'un couple, puis calculer le coefficient de dissociation d'un acide faible à partir de sa concentration apportée et du pH mesuré, par conservation de la matière. L'effet de la dilution est traité qualitativement : un acide faible dilué est proportionnellement plus dissocié. Le choix d'un couple pour préparer une solution tampon se fait à partir d'un tableau de pKa, en retenant celui dont le pKa est le plus proche du pH visé. La dissolution du dioxyde de carbone dans l'eau est reliée à ses effets environnementaux, en particulier l'acidification des océans et la fragilisation des coraux, et l'influence du pH sur une extraction est étudiée à partir de la forme prédominante d'une espèce acide.

Côté oxydo-réduction, le nombre d'oxydation sert à identifier l'oxydant et le réducteur et à compter les électrons échangés : manganèse dans l'ion permanganate, chrome dans l'ion dichromate. L'élève écrit des demi-équations en milieu acide et l'équation d'une réaction d'oxydo-réduction, par exemple entre les ions permanganate et les ions fer(II). Les oxydants et réducteurs usuels du programme (dioxygène, dichlore, diiode, eau oxygénée, ion fer(II)) sont rappelés.

La pile est présentée comme deux demi-piles reliées par un pont salin : il faut en préciser la polarité, l'anode (siège de l'oxydation) et la cathode (siège de la réduction), le sens des électrons, du courant et des ions, puis calculer la quantité d'électricité disponible à partir de la quantité de matière du réactif limitant avec la constante de Faraday.

Toutes les données numériques figurent dans les énoncés. Le travail écrit comporte huit exercices rédigés, dont un exercice complet sur la pile zinc-cuivre.

• Définir Ka et pKa et calculer un coefficient de dissociation
• Prévoir l'effet de la dilution et choisir un couple pour une solution tampon
• Relier la dissolution du dioxyde de carbone à l'acidification des océans
• Déterminer un nombre d'oxydation et identifier oxydant et réducteur
• Écrire des demi-équations et une équation redox en milieu acide
• Décrire le fonctionnement d'une pile et calculer la quantité d'électricité disponible

Programme de terminale STL, thème « Transformation de la matière » : réactions acido-basiques (constante d'acidité, pKa, coefficient de dissociation, solution tampon, dissolution du dioxyde de carbone, extraction) et réactions d'oxydo-réduction (nombre d'oxydation, couples, demi-équations, réaction en milieu acide, demi-pile, pile, pont salin, anode, cathode, quantité d'électricité).