12 idées de laboratoires sur les redox

Le chapitre sur les réactions d’oxydoréduction peut être abordé de plein de façons différentes, tellement les redox sont nombreuses autour de nous ! Mon choix se fait sur la découverte des piles car j’aime bien laisser les élèves chipoter sans aucun mode opératoire et sans aucun danger, ce qui est assez rare dans des labos de chimie !

Mais il y a plein d’autres expériences fun et impressionnantes que l’on peut également faire durant ce chapitre. Si je n’avais pas de contrainte de temps ou de matériel, voici toutes les expériences que je ferais bien avec mes élèves, et qui sont bien sûr toutes des redox !

1. Fabriquer des piles

A partir de matériel que l’on trouve partout (ou presque), mettre les élèves au défi de fabriquer une pile fonctionnelle (qui génère environ 1 V de façon stable). Tu peux réaliser une pile à partir des différents sets de matériel suivant :

Il faut évidemment rajouter des fils de connexion et un voltmètre pour pouvoir faire une pile en circuit fermé et mesurer la tension générée.

2. Étudier la pile Volta

Avec de l’acide sulfurique, une lame de cuivre et une lame de zinc, tu peux construire une pile de type Volta et étudier son fonctionnement.

On observe très facilement la formation de gaz sur les électrodes et on peut identifier l’ion qui se forme dans la solution grâce à une réaction de précipitation.

Grâce à cette expérience, les élèves peuvent écrire leurs premières réactions d’oxydation (le zinc solide devient du zinc aqueux) et de réduction (l’hydrogène aqueux devient de l’hydrogène gazeux).

3. Construire la table de potentiels redox

La table de potentiels redox est une table que les élèves vont devoir apprendre à utiliser pour prédire le sens d’une redox. Quoi de mieux que de leur faire construire directement par l’expérience?

Évidemment, on n’a pas le temps de la construire en entier, mais on peut construire une mini-table reprenant le fer, le cuivre et le zinc.

Il suffit pour cela d’avoir ces trois éléments au laboratoire, sous forme métallique (poudre, limaille, rognure…) et sous forme aqueuse (nitrate ou sulfate, par exemple). Ce sont des composés peu chers et qui vont durer des années !

En réalisant les différentes combinaisons possibles d’un élément sous forme métallique avec une solution aqueuse d’un autre élément, on peut directement voir quelles réactions sont possibles et lesquelles ne se passent pas. Cela permet de construire un tableau reprenant ces trois couples et de montrer que le cuivre aqueux est le meilleur oxydant des trois, alors que le zinc solide est le meilleur réducteur des trois.

4. Réaliser un titrage manganimétrique

Un grand classique, mais qui n’en reste pas moins des plus intéressants ! On fait faire beaucoup de titrages acido-basiques aux élèves, mais le titrage du sulfite de sodium par le permanganate de potassium est un incontournable !

Un élève qui n’a pas expérimenté la magnifique couleur du permanganate de potassium n’est pas un élève qui a reçu une formation scientifique digne de ce nom !

5. Le dentifrice d’éléphant

Les élèves ont souvent déjà vu cette expérience sur le net et la réclament mais sans forcément savoir ce que c’est. C’est donc l’occasion ou jamais de la leur montrer !

En mélangeant de l’eau oxygénée et une solution d’iodure de potassium, la décomposition de l’eau oxygénée est catalysée (par le KI). L’ajout de liquide vaisselle permet de capturer le dioxygène produit et de créer une grande quantité de mousse. L’ajout de colorant est facultatif mais permet de faire de jolies variations !

C’est mieux de s’entrainer avant pour tester quel est le meilleur dosage et le meilleur récipient parmi ceux disponibles dans ton labo afin de réaliser une expérience spectaculaire sans pour autant devoir nettoyer ensuite pendant une heure. Attention toutefois à être prudent lors de la réalisation car il s’agit d’une réaction exothermique qui libère pas mal de vapeurs.

6. La bouteille bleue

Un autre classique : une bouteille contenant une solution bleue, qui devient petit à petit incolore. En agitant la bouteille, le liquide devient à nouveau bleu. Et puis redevient incolore. Et on recommence cela (presque) indéfiniment. Une expérience amusante et simple à faire !

Il s’agit en réalité des deux couleurs possibles pour la molécule de bleu de méthylène, qui peut exister sous forme oxydée (bleue) ou réduire (incolore).

En présence de dioxygène, d’hydroxyde de potassium et de glucose, on peut réaliser l’oxydation du bleu de méthylène en secouant la bouteille (le dioxygène dissous oxyde le bleu de méthylène). Au repos, la solution devient petit à etit incolore suite à la réduction du bleu de méthylène par le glucose. Selon la quantité de dioxygène dans le récipient, le processus peut être répété un certain nombre de fois.

7. Le monstre de carbone

A réaliser impérativement sous la hotte, mais qui fait son effet aussi ! Prendre un volume de sucre auquel on ajoute le même volume d’acide sulfurique concentré (96%). Mélanger avec un agitateur en verre et attendre.

Il faut quelques minutes pour que la réaction se fasse, mais une fois qu’elle démarre, on ne peut pas la louper ! L’acide sulfurique va décomposer le sucre carbone, dioxyde de carbone, eau et dioxyde de soufre.

Le carbone va se présenter sous la forme d’un “monstre” s’échappant du bécher dans lequel on a initialement mis le sucre. La réaction est également exothermique, mais il ne faut pas hésiter à “guider” le monstre à l’aide d’une baguette en verre.

8. Griller un bonbon nounours

Cette expérience est potentiellement dangereuse, donc à ne pas réaliser sans matériel de sécurité adéquat !

Tu mangeais aussi des petits bonbons nounours dans ta jeunesse ? C’est le moment d’aller en racheter et de les utiliser pour tes cours ! Il te faut du chlorate de potassium que tu places dans le fond d’un gros tube à essai très résistant. A l’aide d’une flamme, chauffer le chlorate de potassium jusqu’à ce qu’il soit entièrement fondu. Placer ensuite rapidement le bonbon nounours dans le tube, et observer sa fin violente…

9. Le serpent de feu

Une belle variante au monstre de carbone, que je trouve plus jolie encore mais qui prend plus de temps. Il s’agit cette fois d’un mélange de sucre, de bicarbonate de soude et d’alcool déposé directement sur du sable. On met ensuite le feu à l’alcool et on attend (il faut prévoir de placer le sable dans un récipient résistant à la chaleur). Petit à petit, de jolis “serpents” vont éclore et sortir du sable. De nouveau, ne pas hésiter à les guider à l’aide d’une baguette en verre pour leur permettre de prendre de la hauteur !

Le bicarbonate de soude se décompose en carbonate de sodium, eau et dioxyde de carbone. La combustion du sucre et de l’alcool utilisé produit du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau.

Une partie du sucre ne brûle pas mais se décompose à haute température en carbone et en eau (comme dans la réaction avec l’acide sulfurique). C’est le carbone qui donne sa couleur noire au serpent.

Le processus global est exothermique, ce qui permet à l’eau d’être vaporisée. Cette vapeur d’eau et le dioxyde de carbone produit sont à l’origine du gaz permettant au serpent de gonfler et grandir.

10. L’arbre de Diane

Il s’agit cette fois d’une réaction d’oxydo-réduction entre les ions argent et le cuivre métallique, qui va permettre d’obtenir un joli “arbre” bleuté. Parfait à réaliser en période de Noël !

Une simple solution de nitrate d’argent dans laquelle on plonge un fil de cuivre auquel on aura fait prendre la forme voulue préalablement (celle d’un arbre, par exemple). On suspend le fil de cuivre pour qu’il plonge dans la solution sans toucher les bordes du bécher, et on attend une petite demi-heure. C’est une expérience plus lente mais très jolie également.

11. Tour de magie

Transformer de l’eau en vin, puis en cola ? Tout est possible avec la chimie ! Une chouette démonstration à faire devant tes élèves pour les épater !

Quatre verres “vides” devant toi. Tu verses de l’eau dans le premier. Puis, tu transvases l’eau dans le second et “oh, mais ça devient du vin” ! Une jolie coloration violette apparait soudainement dans le deuxième récipient. Tu transvases ce vin dans le troisième verre et ce petit vin devient directement du cola brun et pétillant ! Tu veux revenir au point de départ? Transfère le tout dans un dernier verre et revoilà de l’eau !

Le truc ? Dans le deuxième verre, tu as déposé préalablement quelques grains de permanganate de potassium pulvérisé (invisible de loin pour les élèves). Dans le troisième verre, il y avait quelques gouttes d’eau oxygénée. Dans le dernier verre il y a quelques gouttes d’acide sulfurique.

L’eau ajoutée dans le deuxième verre dissout les ions permanganate qui prennent alors une couleur violette caractéristique. Le cola est obtenu grâce à la redox entre les ions permanganate et l’eau oxygénée, ce qui libère du gaz (les bulles).

12. La sucette multicolore

Il te faut trois fois rien pour cette expérience : une sucette (ou n’importe quel bonbon contenant du glucose) et une solution basique de permanganate de potassium. En plongeant le bonbon dans la solution et en agitant, les ions permanganate sont petit à petit réduits. On peut observer les différentes couleurs correspondant à chaque état d’oxydation du manganèse, en démarrant du violet (EO = 7) puis en passant par le vert (EO = 6), le bleu, le jaune/brun (EO = 4) et pour terminer l’orange qui correspond au dioxyde de manganèse en suspension colloïdale diluée.

Et voilà, tu as maintenant 12 idées de manipulations à faire devant tes élèves ou à faire réaliser directement par tes élèves. J'espère que ça va te motiver à enseigner ce chapitre que j'adore, ne serait-ce que pour l’énorme variété d’expériences qu’on peut faire avec nos élèves !

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