Quiz: Introduction aux réactions redox et piles électrochimiques — 18 domande

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

A. Le dégagement de dioxygène et la formation d’ions Cu+

B. La disparition totale des ions sulfate et la formation de fer métallique

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

D. La précipitation de sulfate de fer sans changement du métal

Answer: (C)

Spiegazione

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 ?

A. L’ion Cu2+

B. L’ion Fe2+

C. Le cuivre métallique

D. L’ion SO4^2−

Answer: (D)

Spiegazione

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 ?

A. Une espèce qui donne des électrons

B. Une espèce qui se transforme en ion sulfate

C. Une espèce qui reste spectatrice

D. Une espèce qui capte des électrons

Answer: (D)

Spiegazione

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 ?

A. Le produit le plus abondant

B. Le réducteur

C. L’oxydant

D. L’ion spectateur

Answer: (C)

Spiegazione

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 ?

A. Toujours au centre de l’équation

B. Du même côté que l’oxydant

C. Du côté des produits uniquement

D. Du même côté que le réducteur

Answer: (B)

Spiegazione

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 ?

A. Une transformation sans échange d’électrons

B. Une perte d’électrons

C. Un gain d’électrons

D. Une conservation stricte de la masse seule

Answer: (B)

Spiegazione

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 ?

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

B. Remplacer les électrons par des ions sulfate

C. Soustraire les produits des réactifs sans modifier les coefficients

D. Écrire seulement la demi-équation de réduction

Answer: (A)

Spiegazione

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+ ?

A. Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu

B. Fe2+ + Cu2+ → Fe + Cu

C. Fe2+ + Cu → Fe + Cu2+

D. Fe + Cu → Fe2+ + Cu2+

Answer: (A)

Spiegazione

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 ?

A. Le couple Zn2+/Zn

B. Le couple Cu2+/Cu

C. Le couple H+/H2

D. Le couple SO4^2−/SO4^2−

Answer: (A)

Spiegazione

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 ?

A. Transformer le zinc en cuivre

B. Permettre le déplacement des ions et maintenir l’électroneutralité

C. Transporter directement les électrons entre les électrodes

D. Produire le courant électrique par réaction chimique

Answer: (B)

Spiegazione

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 ?

A. n(e−) = 4 n(Zn)

B. n(e−) = 1/2 n(Zn)

C. n(e−) = n(Zn)

D. n(e−) = 2 n(Zn)

Answer: (D)

Spiegazione

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 ?

A. Qmax = n(e−) × F

B. Qmax = n(Zn) / F

C. Qmax = F / n(e−)

D. Qmax = m × F

Answer: (A)

Spiegazione

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 ?

A. L’accumulateur produit spontanément de l’électricité

B. Il cesse de fonctionner comme système électrochimique

C. Un générateur externe force la réaction inverse

D. Les polarités + et − s’inversent

Answer: (C)

Spiegazione

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 ?

A. Le pont salin et l’électrolyte

B. L’anode et la cathode

C. La charge électrique et la masse

D. Les bornes + et −

Answer: (B)

Spiegazione

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 ?

A. De l’eau distillée pure

B. Une solution de sulfate de cuivre

C. Une solution d’hydroxyde de sodium

D. Une solution aqueuse d’acide sulfurique

Answer: (D)

Spiegazione

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 ?

A. Le sulfate de plomb PbSO4

B. Le dioxyde de carbone

C. Le chlorure de plomb PbCl2

D. Le cuivre métallique

Answer: (A)

Spiegazione

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 ?

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

B. Le courant est produit sans réaction chimique

C. Les réactifs sont tous stockés dans un seul compartiment fermé

D. La pile fonctionne seulement après une recharge électrique

Answer: (A)

Spiegazione

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 ?

A. O2 + 4H+ + 4e− = 2H2O

B. O2 + 2e− = 2O2−

C. 2H2O = O2 + 4H+ + 4e−

D. H2 = 2H+ + 2e−

Answer: (A)

Spiegazione

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.