Oxydoréduction

[invited08440f0]

Bonjour,
J'ai un exercice que nous avons corrigé en classe mais même ma prof cale pour nous répondre. Je vous donne l'énoncé de la question, espérant que vous pourrez y répondre

Soit l'équation de décomposition spontanée du perchlorate d'ammonium :
4 NH₄ClO₄(s) ---> 2 N₂(g) + 6H₂O (g) + 5O₂ (g) + 4 HCl (g)

Le perchlorate d'ammonium est un composé ionique de formule :
NH₄⁺ + ClO₄^-

La question est : vérifier que sa décomposition est une réaction d'oxydoréduction

Merci d'avance pour votre aide précieuse
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[ArtAttack]

Qu'en penses-tu, toi-même ?

[invited08440f0]

Et bien je commence à réaliser les demi-équations d'oxydoréduction :

NH₄⁺ = N₂(g) + 8H⁺ + 6e^-

ClO₄^- (aq) + 5H⁺ + 4e^- = HCl (g) + O₂ (g) + 2H₂O (l)

Mais après je suis bloqué

[invite2db69bfb]

Bonsoir,

Je pense que ta question est alors mal posée.
(A la lire, pour ma part j'ai l'impression que tu demandes si la réaction peut être qualifiée comme une oxydoréduction.)

[A voir en vidéo sur Futura]

[invited08440f0]

Pourrais tu m'aider ?
C'est exactement la question de mon livre recopié !

[ArtAttack]

Pour cette question il suffit de prouver qu'une ou plusieurs espèce chimiques ont changé de DO durant la réaction.

[invited08440f0]

Et pourrais tu m'aider ?

[moco]

Sais-tu calculer les degrés d'oxydation, qu'on appelle parfois nombre d'oxydation d'un atome ?

[invited08440f0]

Non, je n'ai pas vu ça !
Mais si tu m'expliques et tu me montres comment faire cet exercice alors je suis prêt à essayer de comprendre

[moco]

Je veux bien te l'expliquer. Mais auparavant, je m'étonne qu'un prof vous demande "de vérifier que sa décomposition est une réaction d'oxydoréduction", s'il n'a pas traité les degrés d'oxydation en cours. Comment pense-t-il que l'élève peut faire des calculs sur une notion dont on n'a pas parlé en classe ?

[invited08440f0]

Ma prof je pense n'a même pas pensé à cette notion. Elle se retrouvait perdue comme nous.
Mais je suis curieux de savoir à quoi cela correspond.

Merci

[invite54bae266]

Regarde sur wikipedia à "nombre d'oxydation". L'article est bien construit.

[moco]

Bon, alors accroche-toi. Je vais y aller de manière un peu rapide.

Le degré d'oxydation est un nombre qui caractérise un atome, seul ou pris dans une molécule ou un ion. Il représente la charge qu'aurait le dit atome si toutes les liaisons covalentes étaient remplacées par des liaisons ioniques. Comme je ne suis pas sûr que tu comprennes, je vais y aller par un autre biais, efficace, même s'il paraît un peu arbitraire.

Le degré d'oxydation est un nombre qui caractérise un atome et qui vaut zéro si l'atome est à l'état non combiné, comme l'atome H dans la molécule gazeuse H2, l'atome P dans P4, ou l'atome Fe dans le fer métallique Fe.

Dans une molécule neutre, non chargée, chaque atome a un degré d'oxydation particulier. Mais la somme de tous les degrés d'oxydation est égal à zéro. Pour trouver les degrés d'oxydation que j'abrège DO, on applique les règles suivantes, dont les premières ont priorité sur les suivantes :
- le degré d'oxydation d'un atome situé dans les colonnes 1 et 2 est égal au numéro de la colonne. Donc Na dans NaCl est au DO égal à +1 (et Cl est au DO égal à -1, bien sûr). Tu me suis ?
- le DO de l'atome de fluor est toujours à -1
- le DO de l'atome H est toujours à +1, sauf quand l'application de cette règle viole l'une des règle précédentes qui ont la priorité. Par exemple, l'atome H est à +1 dans HCl (ce qui entraîne que Cl est à -1) ; H est aussi à +1 dans H₂O (ce qui entraîne que O est à -2). Mais H est à -1 dans la formule NaH, et ceci constitue une exception.
- le DO de l'atome d'Oxygène est à -2, sauf si on viole l'une des règles précédentes.
- Le DO des autres atomes se trouve par l'algèbre.
Exemple : Dans la molécule NH₃, H est à +1, et donc N est à -3 ! Compris ?
Dans la molécule H₂SO₄, H est à +1, S à x, et O à -2. Pour trouver x, on pose que la somme de tous les DO vaut zéro. Cela donne : 2·1 + x + 4·(-2) = 0. Donc x = +6. Tu me suis ?
Dans la molécule K₂Cr₂O₇, K est à +1, Cr à x, et O à -2. Pour trouver la valeur de x, on fait comme ci-dessus. On pose :
2·1 + 2x + 7·(-2) = 0. Donc x = +6

Dans un ion, la somme des degrés d'oxydation n'est pas égale à zéro, mais elle est égale la charge du ion. Ainsi dans l'ion MnO₄^-, le manganèse est à x, et on pose : x + 4·(-2) = -1, D'où x = 7.

Dans les réactions acide - base, le degré d'oxydation des atomes ne change pas. Tu peux le vérifier si tu veux.
dans les réactions d'oxyde-réduction, qu'on appelle aussi parfois réactions redox (c'est plus bref), on observe que les degrés d'oxydation des atomes changent.
Tu peux le vérifier dans les demi-équations que tu as écrites, et que je vais rappeler ici :
NH₄⁺ = N₂ + 8H⁺ + 6e-
Ici l'atome N est au DO -3 dans l'ion NH₄⁺, et à droite il se trouve au DO zéro dans N₂. Tu me suis ? On dit que l'atome N s'oxyde, vu que son DO augmente.
Je passe à l'équation suivante :
ClO₄^- + 5H⁺ + 4e- = HCl (g) + O2 (g) + 2H2O (l)
le Chlore passe du DO égal à +7 dans l'ion ClO₄^- au DO égal - 1 dans HCl. Tu me suis ? Je vais vite, je sais ... Pardonne-moi ! Ici on dit que l'atome Cl se réduit, car son DO diminue.

[invited08440f0]

Moco,
Sincèrement je te remercie énormément pour cette explication d'une grande qualité. Il est rare d'obtenir des réponses pareilles.
Donc j'ai parfaitement compris cette histoire de DO.

Mais une question subsiste.
Mais si je comprend comment l'appliquer à nos demi-équations redox
A quoi cela va t il nous servir pour résoudre le problème ?

Merci encore
Brillant.

[invite54bae266]

Si tu appliques directement les définitions tu vois que si tu passes par exemple d'un Fe2+ à un Fe3+ c'est une oxydation parce que le DO augmente et passe de +II à +III

Pour neutraliser le Cl2 durant la guerre on le réduisait en Cl-. c'est une réduction car le DO diminue de 0 à -I.

[invite2db69bfb]

Tu peux l'exprimer également ainsi :

> Réduction = gain d'électron.
> Oxydation = Perte d'électron.

Bon courage pour la suite !

[moco]

Une demi-équation redox est une équation où apparaît le même élément à gauche et à droite de la flèche, même s'il est inclus dans une molécule ou un ion complexe. Mais cet élément change de degré d'oxydation entre la gauche et la droite. La demi-équation peut encore contenir des molécules d'eau et des ions H+. Mais ce qu'elle doit contenir aussi ce sont des électrons libres, écrits e-, dont le nombre est égal au changement de degré d'oxydation de l'atome qui s'oxyde ou qui se réduit.

Attention au vocabulaire ! Un réducteur est un donneur d'électrons. Il réduit autrui. Il provoque une diminution du DO dans l'atome à qui il donne son électron.
Un oxydant est un capteur ou un arracheur d'électrons. Il oxyde autrui. Il provoque une augmentation du DO chez l'atome à qui il a pris un électron.
Un réducteur réduit autrui, mais il s'oxyde dans l'aventure.
Un oxydant oxyde autrui, mais il se réduit dans l'opération.
Pour éviter de s'embrouiller dans cette terminologie, tu peux utiliser l'analogie du riche qui donne de l'argent au pauvre. Dans cette opération, le riche enrichit le pauvre, mais le riche s'appauvrit (un peu) du même coup.
De même, le pauvre appauvrit le riche, mais il s'enrichit dans la transaction.


Pour revenir à ta réaction de décomposition de NH₄ClO₄, tu es malheureusement tombé sur un cas particulièrement compliqué, et même unique dans toute la chimie. En effet, dans cette réaction, il y a trois atomes qui changent de degrés d'oxydation. Trois. Je n'ai jamais vu cela. Il y a l'azote dont le DO passe de -3 à zéro. Il y a le chlore, dont le DO passe de +7 à -1, et il y a l'oxygène qui passe de -2 à zéro (pour une partie d'entre eux). On ne donne jamais ces équations à faire aux élèves. Il faudrait faire trois demi-équations.

2 NH₄⁺ --> N₂ + 8 H⁺ + 6 e-
ClO₄^- + 8 H⁺ + 8 e^- --> Cl^- + 4 H₂O
2 H₂O --> O₂ + 4 H⁺ + 4 e-.

Je ne vais pas me lancer ici dans sa résolution. C'est un problème digne des Olympiades de chimie. Et je suis bien placé pour le dire, car je suis moi-même entraîneur de l'équipe de Suisse pour les Olympiades internationales de chimie.