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Réaction chimie 2
etudiantilois
Bonjour,
Je n'arrive pas à comprendre le corrigé de cet exercice (et j'ai contrôle cet après-midi...) :
Thiobacillus ferrooxidans est une bactérie qui abonde dans les eaux acides de drainage des mines de charbon bitumineux. Cette bactérie arrive à vivre dans un tel environnement en exploitant la différence de pH entre le milieu extérieur (pH = 2) et son cytoplasme (pH = 6) pour synthétiser l'énergie et les pouvoirs réducteurs qui lui permettront de fixer le C02 au niveau du cycle de Calvin. La bactérie maintient le pH de son cytoplasme a une valeur constante en utilisant les électrons de Fe2+ qui réduiront l'eau en oxygène en consommant des protons. Données : R = 8,314 J mol-1 K-1 ; F = 96500 C.
1. Sachant que les potentiels de demi-électrode des 2 couples redox mis en jeu sont E0(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V et E0(2H+ + O2/H20) = 0,876 V, calculer l'énergie libre standard 
G0 de la réaction globale d'oxydoréduction. Ecrire préalablement cette réaction en équilibrant les espèces du point de vue stoechiométrique (en vous aidant de l'écriture des 2 demi-réactions notamment pour l'équilibre des charges).
Voici le corrigé :
2Fe3+ + 2ê -> 2Fe2+
H20 -> 2H+ + 1/202 + 2ê
Soit au bilan :
2Fe2+ + 2H+ + 1/202 -> 2Fe3+ + H20
G'o = -nFE'o
n= 2, F=96500 C, E'o=0,876-0,77 = 0,106
G'o = -2 x 96500 x 0,106 = -20,458 kJ/mol
Je ne comprends pas comment sont déterminées les demies équations, et surtout comment on détermine leur sens.
Puis, comment déterminer la réaction globale ? J'ai l'impression qu'il y a des incohérences dans le corrigé...
J'avais trouvé : 2Fe2+ + H2O -> 2H+ + 1/2 O2 + 2 e-.
Pourquoi serait-ce faux ?
Merci d'avance pour vos explications, j'en ai vraiment besoin...
NB : Vraiment désolé, j'ai déjà posté cette question dans la réponse du post "Réaction chimie", sauf qu'en fait comme c'est un nouvel exercice, il fallait créer un nouveau post, c'est donc ce que je fais... Merci pour votre compréhension.
Il existe des techniques pour écrire correctement les demi - équations et déterminer leurs sens quand on connait les potentiels redox correspondants :
On classe les deux couples par ordre de potentiel redox décroissant :
2H+ + O2 / H2 0 0,876 V
Fe3+ / Fe2+ 0,770 V
La réaction thermodynamiquement possible est celle qui a lieu entre l'oxydant du couple ayant le potentiel redox le plus élevé (ici 2H+ + O2 ) et le réducteur de l'autre couple (ici Fe2+ )
Première demie équation :
2H+ + O2 → H2 O
IL faut tout d'abord l'équilibrer en élément " O " en ajoutant autant de molécules d'eau que nécessaire du côté où c'est nécessaire
2H+ + O2 → 2H2 O
On l'équilibre ensuite en élément " H " en ajoutant autant d'ions H+ que nécessaire du côté où c'est nécessaire.
4H+ + O2 → 2H2 O
Enfin on équilibre les charges électriques en ajoutant autant d'électrons que nécessaire du côté où c'est nécessaire.
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2 O
Les électrons apparaissent à gauche. C'est cohérent avec le fait que cette demie-équation est une réduction
( gain d'électrons)
On va écrire ensuite la deuxième demie-équation en renversant l'ordre du couple (Fe3+ /Fe2+ ) de manière que les électrons apparaissent maintenant à droite. En effet cette demie-équation est une oxydation (perte d'électrons)
Fe2+ → Fe3+
Le seul élément chimique qui apparait est " Fe " et il est déjà équilibré. Il ne reste plus qu'à équilibrer les charges électriques en ajoutant autant d'électrons que nécessaire du côté où c'est nécessaire.
Fe2+ → Fe3+ + e-
On dispose maintenant ( en rouge ) des deux demies-équations mais il reste une difficulté :
4 électrons sont capturés dans la première et un seul est cédé dans l'autre ce qui est évidemment impossible puisque tous les électrons captés d'un côté doivent être cédés de l'autre.
Pour pallier cela on multiplie par 4 tous les coefficients stoechiométriques de la deuxième demie-équation : Fe2+ → Fe3+ + e-
4 Fe2+ → 4 Fe3+ + 4e-
Il reste à rapprocher les deux demies-équations pour obtenir le bilan global :
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2 O
4 Fe2+ → 4 Fe3+ + 4e-
------------------------------------------
4 Fe2+ + O2 + 4H+ → 4 Fe3+ + 2H2 O
On peut (mais ce n'est pas indispensable) diviser tout cela par 2 pour retomber sur le bilan de ta correction :
2 Fe2+ + ½ O2 + 2H+ → 2 Fe3+ + H2 O
J'avais trouvé : 2Fe2+ + H2O -> 2H+ + 1/2 O2 + 2 e-.
Pourquoi serait-ce faux ?
Ce n'est équilibré ni en élément chimique (Fe), ni en charge électriques.
Merci beaucoup, vos explications sont vraiment extrêmement claires.
Mais le corrigé n'était donc pas vraiment correct, car il écrivait pour les demies équations :
2Fe3+ + 2ê -> 2Fe2+
H20 -> 2H+ + 1/202 + 2ê
Alors que c'est plutôt ce que vous avez écrit, c'est-à-dire :
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2 O
Fe2+ → Fe3+ + e-
Il y a donc une erreur dans le corrigé, non ?
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