QCM : Introduction aux réactions redox et piles électrochimiques — 18 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quel changement expérimental met en évidence l’oxydoréduction lors du contact entre du fer et une solution de sulfate de cuivre ?

Le dégagement de dioxygène et la formation d’ions Cu+
La disparition totale des ions sulfate et la formation de fer métallique
L’apparition d’un dépôt de cuivre et la formation d’ions Fe2+
La précipitation de sulfate de fer sans changement du métal

L’apparition d’un dépôt de cuivre et la formation d’ions Fe2+

Explication

Le fer s’oxyde en ions Fe2+ tandis que les ions Cu2+ se réduisent en cuivre métallique visible sous forme de dépôt. Les ions sulfate restent spectateurs.

2. Quel ion présent dans la solution de sulfate de cuivre ne participe pas directement à la réaction d’oxydoréduction ?

L’ion Cu2+
L’ion Fe2+
Le cuivre métallique
L’ion SO4^2−

L’ion SO4^2−

Explication

L’ion sulfate est décrit comme spectateur : il est présent dans la solution mais ne prend pas part à l’échange d’électrons. Ce sont Cu2+ et le fer qui réagissent.

3. Comment définit-on un oxydant dans une transformation redox ?

Une espèce qui donne des électrons
Une espèce qui se transforme en ion sulfate
Une espèce qui reste spectatrice
Une espèce qui capte des électrons

Une espèce qui capte des électrons

Explication

Un oxydant capte des électrons au cours de la transformation redox. À l’inverse, un réducteur est l’espèce qui cède des électrons.

4. Dans l’écriture d’un couple redox noté (Ox/Red), quelle espèce est écrite en premier ?

Le produit le plus abondant
Le réducteur
L’oxydant
L’ion spectateur

L’oxydant

Explication

Dans un couple redox, l’oxydant est toujours nommé en premier. L’écriture (Ox/Red) sert précisément à rappeler cet ordre.

5. Dans une demi-équation électronique simple de réduction, où place-t-on les électrons ?

Toujours au centre de l’équation
Du même côté que l’oxydant
Du côté des produits uniquement
Du même côté que le réducteur

Du même côté que l’oxydant

Explication

Dans une demi-équation de type Ox + ne− = Red, les électrons se trouvent du même côté que l’oxydant. Cela traduit le gain d’électrons par l’espèce oxydante.

6. Que représente une oxydation dans une demi-équation électronique ?

Une transformation sans échange d’électrons
Une perte d’électrons
Un gain d’électrons
Une conservation stricte de la masse seule

Une perte d’électrons

Explication

Une oxydation correspond à une perte d’électrons. À l’inverse, une réduction correspond à un gain d’électrons.

7. Quelle opération permet d’obtenir l’équation bilan à partir de deux demi-équations redox ?

Additionner les demi-équations après avoir ajusté les coefficients pour éliminer les électrons
Remplacer les électrons par des ions sulfate
Soustraire les produits des réactifs sans modifier les coefficients
Écrire seulement la demi-équation de réduction

Additionner les demi-équations après avoir ajusté les coefficients pour éliminer les électrons

Explication

On combine une demi-équation d’oxydation et une demi-équation de réduction en ajustant les coefficients pour faire disparaître les électrons. L’équation finale ne doit plus contenir e−.

8. Quel est le bilan global de la réaction entre le fer et l’ion Cu2+ ?

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu
Fe2+ + Cu2+ → Fe + Cu
Fe2+ + Cu → Fe + Cu2+
Fe + Cu → Fe2+ + Cu2+

Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu

Explication

En combinant les demi-équations, on obtient Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu. Les électrons s’annulent lors de l’addition.

9. Dans une pile Daniell en fonctionnement, quel couple subit l’oxydation à la borne négative ?

Le couple Zn2+/Zn
Le couple Cu2+/Cu
Le couple H+/H2
Le couple SO4^2−/SO4^2−

Le couple Zn2+/Zn

Explication

Dans la pile Daniell, le zinc s’oxyde à la borne négative en donnant des électrons. Le cuivre intervient du côté de la réduction.

10. Quel rôle joue le pont salin dans une pile Daniell ?

Transformer le zinc en cuivre
Permettre le déplacement des ions et maintenir l’électroneutralité
Transporter directement les électrons entre les électrodes
Produire le courant électrique par réaction chimique

Permettre le déplacement des ions et maintenir l’électroneutralité

Explication

Le pont salin assure la circulation ionique entre les demi-piles et maintient l’électroneutralité. Les électrons, eux, circulent dans le circuit externe.

11. Dans l’exemple de la pile Daniell, quelle relation relie la quantité de matière de zinc consommé à celle des électrons échangés ?

n(e−) = 4 n(Zn)
n(e−) = 1/2 n(Zn)
n(e−) = n(Zn)
n(e−) = 2 n(Zn)

n(e−) = 2 n(Zn)

Explication

La stœchiométrie de la réaction montre que deux électrons sont libérés par atome de zinc oxydé. On a donc n(e−) = 2 n(Zn).

12. Quelle expression permet de calculer la capacité maximale d’une pile à partir de la quantité de matière d’électrons ?

Qmax = n(e−) × F
Qmax = n(Zn) / F
Qmax = F / n(e−)
Qmax = m × F

Qmax = n(e−) × F

Explication

La capacité maximale est reliée à la charge électrique totale par Qmax = n(e−)F. F est la constante de Faraday.

13. Que se passe-t-il lors de la charge d’un accumulateur ?

L’accumulateur produit spontanément de l’électricité
Il cesse de fonctionner comme système électrochimique
Un générateur externe force la réaction inverse
Les polarités + et − s’inversent

Un générateur externe force la réaction inverse

Explication

Pendant la charge, un générateur externe impose le sens inverse de la réaction spontanée afin de reconstituer les réactifs. L’accumulateur devient alors récepteur.

14. Quelles grandeurs changent de rôle entre décharge et charge dans un accumulateur ?

Le pont salin et l’électrolyte
L’anode et la cathode
La charge électrique et la masse
Les bornes + et −

L’anode et la cathode

Explication

Lors de la charge, l’anode et la cathode s’inversent par rapport à la décharge. En revanche, les polarités restent les mêmes.

15. Quel est l’électrolyte de l’accumulateur au plomb ?

De l’eau distillée pure
Une solution de sulfate de cuivre
Une solution d’hydroxyde de sodium
Une solution aqueuse d’acide sulfurique

Une solution aqueuse d’acide sulfurique

Explication

L’accumulateur au plomb utilise une solution d’acide sulfurique, fournissant notamment H+ et SO4^2−. Ces ions interviennent dans les réactions aux électrodes.

16. Quel produit se forme aux électrodes de l’accumulateur au plomb lors de la décharge ?

Le sulfate de plomb PbSO4
Le dioxyde de carbone
Le chlorure de plomb PbCl2
Le cuivre métallique

Le sulfate de plomb PbSO4

Explication

Pendant la décharge, les deux électrodes se transforment en sulfate de plomb PbSO4. Les matériaux actifs ne disparaissent pas, ils sont convertis.

17. Quel est le principe de fonctionnement d’une pile à combustible ?

L’alimentation en réactifs et l’évacuation des produits sont continues
Le courant est produit sans réaction chimique
Les réactifs sont tous stockés dans un seul compartiment fermé
La pile fonctionne seulement après une recharge électrique

L’alimentation en réactifs et l’évacuation des produits sont continues

Explication

Une pile à combustible est alimentée en continu en réactifs et évacue en continu ses produits. Cela la distingue d’une pile classique à réactifs limités.

18. À la cathode d’une pile à combustible à dihydrogène, quelle réaction a lieu ?

O2 + 4H+ + 4e− = 2H2O
O2 + 2e− = 2O2−
2H2O = O2 + 4H+ + 4e−
H2 = 2H+ + 2e−

O2 + 4H+ + 4e− = 2H2O

Explication

À la cathode, le dioxygène est réduit en eau grâce aux ions H+ et aux électrons arrivant par le circuit externe. L’oxydation du dihydrogène a lieu à l’anode, pas à la cathode.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 18 flashcards sur Introduction aux réactions redox et piles électrochimiques.

Mise en évidence expérimentale

Réaction entre sulfate de cuivre et fer.

Oxydant — rôle ?

Capte des électrons lors d’une réaction redox.

Réducteur — rôle ?

Cède des électrons lors d’une réaction redox.

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