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Fiche explicative de la leçon : Réactions des oxydes Chimie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre comment décrire et écrire des équations pour les réactions des oxydes.

Un oxyde est un type courant de composé chimique constitué d’au moins un atome d’oxygène combiné à un autre élément.

Définition : Oxyde

Un oxyde est un composé chimique qui contient au moins un atome d’oxygène lié chimiquement à un atome d’un autre élément.

Il y a un grand nombre d’oxydes de différents éléments, y compris des métaux et des non-métaux. Les oxydes ont de nombreuses utilisations dans notre société. L’oxyde de calcium (CaO) est utilisé dans la production du béton et l’oxyde nitreux (NO2) est utilisé comme anesthésique dans les interventions dentaires.

Exemple 1: Définition des parties constitutives d’un oxyde

De quel élément chimique un oxyde, un composé contenant deux éléments, contient-il au moins un atome?

Réponse

Un oxyde est un composé chimique qui contient l’élément oxygène. L’oxygène dans un composé sera lié à un autre élément, formant un composé binaire. Par exemple, lorsque du cuivre métallique réagit avec de l’oxygène gazeux, on obtient de l’oxyde de cuivre(II) (CuO). Un oxyde contient donc au moins un atome d’oxygène.

Les oxydes de métaux courants comprennent l’oxyde de magnésium, l’oxyde de sodium et l’oxyde de cuivre(II). La facilité avec laquelle les oxydes métalliques se forment dépend de la réactivité du métal.

Les métaux alcalins du groupe 1 sont bien connus pour être très réactifs et ils sont par conséquent stockés sous huile pour empêcher les réactions avec l’oxygène et l’humidité de l’air. Si une pièce d’un métal du groupe 1 tel que le lithium est fraîchement coupée, la surface brillante devient rapidement terne lorsque le lithium réagit avec l’oxygène de l’air, formant une couche d’oxyde de lithium (LiO2):4Li()+O()2LiO()sgs22

Les métaux moins réactifs, tels que le cuivre, ne réagissent pas aussi facilement avec l’oxygène. Le cuivre métallique orange-brun doit être chauffé fortement dans une flamme de bec Bunsen pour que la réaction avec l’oxygène ait lieu. Cela se traduit par la formation d’oxyde de cuivre noir (II) à la surface du cuivre métallique:2Cu()+O()2CuO()sgs2

L’un des oxydes non métalliques les plus courants est le dioxyde de carbone. Étant un des produits par la respiration dans le corps humain, le dioxyde de carbone quitte notre corps chaque fois que nous expirons. Il est également produit par la combustion du carbone:C()+O()CO()sgg22

La combustion du soufre dans de l’oxygène pur dans une bouteille de gaz provoque une combustion du souffre avec une flamme brillante bleue, produisant le gaz dioxyde de soufre:S()+O()SO()sgg22

Sulfure brûlant dans un verre

Remarquez que la photo montre un morceau de papier tournesol à l’arrière de la bouteille de gaz, qui est devenue rouge et a commencé à blanchir. Ce blanchiment est dû au gaz acide contenant du dioxyde de soufre.

Le dernier exemple de formation d’oxyde non métallique est la réaction du phosphore avec l’oxygène. À l’état pur, le phosphore est un élément très réactif qui s’enflamme spontanément en présence de l’oxygène:P()+5O()PO()42410sgs

Les oxydes peuvent être classés en fonction de leur nature acide ou basique. Il existe quatre classifications:acide, basique, amphotère et neutre.

Lorsqu’on se déplace le long de chaque période du tableau périodique, le numéro atomique augmente, de même que la nature acide des oxydes de ces éléments. Ainsi, les oxydes métalliques sont généralement considérés comme basiques et les oxydes non métalliques comme acides.

L’acidité ou la basicité d’un oxyde affecte beaucoup ses réactions avec les acides et les alcalis. Les oxydes de métaux basiques vont réagir avec les acides minéraux pour former le sel et l’eau correspondants. Par exemple, l’oxyde de cuivre va réagir avec l’acide chlorhydrique dilué:CuO()+2HCl()CuCl()+HO()saqaql22

Ce type de réaction est connu sous le nom de réaction de neutralisation, qui a l’équation générale suivante.

Équation : La neutralisation

Acide+basesel+eau

Il est possible d’utiliser cette équation générale pour nous aider à déterminer des substances inconnues. Par exemple, si le sel produit par une réaction de neutralisation contenait des ions chlorure, l’acide utilisé a dû être l’acide chlorhydrique. Cela se voit dans la réaction entre l’oxyde de sodium et l’acide chlorhydrique:NaO()+2HCl()2NaCl()+HO()22saqaql

Si une réaction de neutralisation produit un sel contenant des ions sulfate, c’est l’acide sulfurique a dû être utilisé:CaO()+HSO()CaSO()+HO()saqaql2442

Enfin, si une réaction de neutralisation produit un sel qui contient des ions nitrate, c’est l’acide nitrique qui a dû être utilisé pour neutraliser la base:MgO()+2HNO()Mg(NO)()+HO()saqaql3322

Exemple 2: Détermination de l’oxyde métallique et de l’acide nécessaires pour former du chlorure de zinc

Un oxyde métallique et un acide réagissent ensemble pour former du chlorure de zinc et de l’eau. Quels étaient donc l’oxyde métallique et l’acide?

  1. l’oxyde de zinc et l’acide chlorhydrique
  2. l’oxyde de zinc et l’acide sulfurique
  3. le zinc métallique et l’acide nitrique
  4. le zinc métallique et l’acide chlorhydrique
  5. le chlorure de zinc et l’oxyde de zinc

Réponse

La réaction entre un oxyde métallique et un acide est un exemple de réaction de neutralisation. Dans une réaction de neutralisation, un acide réagit avec une base pour former un sel et de l’eau. Dans ce cas, le sel formé est le chlorure de zinc.

Un acide est constitué d’ions hydrogène et de l’un des nombreux anions. Ces anions sont les mêmes que ceux qui apparaissent dans le sel produit par neutralisation. Le cation ou l’ion métallique positif du sel provient de l’oxyde métallique. Enfin, l’atome d’oxygène de l’oxyde se lie à l’hydrogène de l’acide pour former de l’eau.

Dans cet exemple particulier, le sel produit est le chlorure de zinc. Alors le zinc a dû provenir de l’oxyde de zinc et le chlorure a dû provenir de l’acide chlorhydrique. Par conséquent, la réponse correcte est A.

Alors que la nature basique des oxydes métalliques peut être observée par leur réaction avec les acides dilués, certains oxydes métalliques sont partiellement solubles dans l’eau et formeront des solutions alcalines:MgO()+HO()Mg(OH)()slaq22

Lorsque nous parcourons le tableau périodique en examinant les oxydes non métalliques, le changement dans la nature acide de ces composés devient évident.

Par exemple, le dioxyde de carbone est légèrement soluble dans l’eau et forme une solution acide d’acide carbonique:CO()+HO()HCO()2223glaq

Nous pouvons confirmer que la solution d’acide carbonique est acide à l’aide d’un indicateur universel. L’ajout de quelques gouttes d’indicateur universel à la solution produira une couleur rouge, indiquant que la solution est acide. Des solutions acides se forment lorsque les oxydes non métalliques se dissolvent dans l’eau.

Un autre oxyde non métallique acide est le pentoxyde de phosphore, qui réagit avec une solution d’hydroxyde de sodium pour produire du phosphate de sodium et de l’eau:PO()+12NaOH()4NaPO()+6HO()410342saqaql

Exemple 3: Identification d’un oxyde acide parmi une sélection d’oxydes

Lequel des oxydes suivants est le plus susceptible d’être un oxyde acide?

  1. CuO
  2. NaO2
  3. MgO
  4. CaO
  5. CO2

Réponse

Dans cet exercice, on nous donne cinq oxydes différents et nous devons identifier lequel est susceptible d’être un oxyde acide.

À première vue, il apparaît que tous les oxydes de cette question sont similaires. Mais en y regardant de plus près, on constate que la réponse E a une différence cruciale.

Le dioxyde de carbone est un oxyde non métallique par opposition à l’oxyde de cuivre, l’oxyde de sodium, l’oxyde de magnésium et l’oxyde de calcium, qui sont tous des oxydes métalliques. Les oxydes de métaux sont basiques, tandis que les oxydes non métalliques sont acides, et donc l’oxyde le plus susceptible d’être acide parmi cette sélection est celui de la réponse E, CO2.

Tous les oxydes ne peuvent pas être considérés comme des oxydes purement acides ou basiques. Des métaux tels que le zinc et l’aluminium contiennent des oxydes de nature à la fois acide et basique, on les appelle amphotères.

Un oxyde amphotère peut réagir à la fois avec les acides et avec les bases. L’oxyde d’aluminium réagit avec l’acide chlorhydrique dilué pour former du chlorure d’aluminium et de l’eau:AlO()+6HCl()2AlCl()+3HO()2332saqaql

Mais l’oxyde d’aluminium va également réagir avec une solution d’hydroxyde de sodium, formant un sel connu sous le nom d’aluminate de sodium et de l’eau:AlO()+6NaOH()2NaAlO()+3HO()23332saqaql

Dans la première réaction, l’oxyde d’aluminium se comporte comme une base, et dans la deuxième réaction, il se comporte comme un acide.

Un autre oxyde qui a des caractères acides et basiques et peut être considéré comme amphotère est l’oxyde de zinc, qui réagit avec les acides minéraux et les alcalis dilués de la manière suivante:ZnO()+HSO()ZnSO()+HO()ZnO()+2NaOH()NaZnO()+HO()saqaqlsaqaql2442222

Il y a un dernier type d’oxyde à considérer. Les oxydes neutres ne sont ni de nature acide ni basique et ne réagissent donc pas avec les acides ou les bases. Des exemples d’oxydes neutres comprennent le monoxyde de carbone (CO) et l’oxyde nitreux (NO2).

Exemple 4: Prédiction de la couleur à laquelle un indicateur universel changera dans différentes solutions aqueuses d’oxydes

Une expérience a été mise en place pour déterminer le pH de divers oxydes. Trois béchers ont été remplis de 0,5 L d’eau déionisée, et quelques gouttes d’indicateur universel ont été ajoutés. On a ensuite ajouté à chaque bécher une spatule des oxydes montrés ci-dessous.

Quelle est la couleur de chaque solution après l’ajout de l’oxyde?

  1. A:vert, B:rouge, C:bleu
  2. A:rouge, B:vert, C:bleu
  3. A:bleu, B:vert, C:rouge
  4. A:rouge, B:bleu, C:vert
  5. A:bleu, B:rouge, C:vert

Réponse

Dans cet exercice, nous avons trois oxydes différents de phosphore, de magnésium et d’aluminium. Le magnésium est un métal du groupe 2 du tableau périodique et forme des oxydes basiques qui se dissolvent dans l’eau pour former des solutions alcalines. Le phosphore appartient au groupe 15 du tableau périodique et, en tant que non-métal, se dissout dans l’eau pour former une solution acide. L’oxyde d’aluminium forme un oxyde amphotère de nature à la fois acide et basique.

L’indicateur universel est un indicateur courant utilisé pour déterminer si une solution est acide ou alcaline. En présence d’un acide, l’indicateur universel transformera la couleur d’une solution du jaune au rouge. En présence d’une solution alcaline, l’indicateur universel transformera une solution du bleu au violet. L’indicateur universel sera vert en présence d’une solution neutre.

En combinant ces connaissances, nous devons nous attendre à ce que le bécher A contenant l’oxyde de phosphore acide soit de couleur rouge. Le bécher B contient l’oxyde de magnésium basique, nous devons donc nous attendre à ce que cette solution soit de couleur bleue, et à ce que le bécher C contenant l’oxyde d’aluminium amphotère soit de couleur verte. Cela correspond à la réponse D qui est la bonne réponse.

Des tendances générales existent dans les oxydes des éléments de certains groupes du tableau périodique. Dans les groupes du côté gauche du tableau périodique, tels que le groupe 1 et le groupe 2, les propriétés basiques des oxydes augmentent à mesure que nous descendons dans le groupe.

Si nous considérons les réactions que nous avons étudiées dans leur ensemble, nous pouvons voir que lorsque nous parcourons le tableau périodique, le numéro atomique augmente et les oxydes des éléments deviennent de plus en plus acides.

Afin d’expliquer certains de ces concepts, nous pouvons considérer les acides et les bases comme des composés hydroxy avec une formule générale MOH, M est l’atome de l’élément que nous étudions.

Le composé hydroxy peut s’ioniser de deux manières différentes:MOHM+OHMOHMO+H()()Base+Acide+

La manière dont les composés hydroxylés s’ionisent est déterminée par l’attraction et la répulsion qui existent entre les trois ions constitutifs de la substance. L’illustration suivante montre un triangle avec des forces d’attraction existant entre des ions chargés de charges opposées et une répulsion entre des ions ayant des charges du même signe.

Nous pouvons utiliser ce modèle pour expliquer les tendances au sein des groupes dont nous avons discuté précédemment. Si la force d’attraction entre H+ et O est plus grande que celle entre M+ et O , la substance s’ionise pour former une base. Par exemple, lorsque nous descendons dans le groupe 1, des oxydes basiques se forment. L’augmentation du numéro atomique et l’augmentation conséquente de la taille de l’ion réduisent la densité de charge, minimisant ainsi l’attraction entre M+ et O, permettant de former plus facilement des ions hydroxyde.

Si la force d’attraction entre M+ et O est plus grande que celle entre H+ et O, la substance s’ionise pour former un acide. C’est ce que nous voyons se produire lorsque nous parcourons les périodes du tableau périodique du groupe 1 au groupe 17.

Lorsque des oxydes non métalliques sont ionisés sous forme d’acides, la force de l’acide oxygéné formé dépend du nombre d’atomes d’oxygène dans l’anion, qui ne sont pas liés aux atomes d’hydrogène.

Nous pouvons analyser quelques exemples de cette altération de la force en utilisant la formule générale MO(OH), qui s'appuie sur celle que nous avons utilisée précédemment.

Plus le nombre d’atomes d’oxygène non liés à l’hydrogène est élevé (O), plus l’acide est fort, comme on peut le voir dans les exemples du tableau suivant.

Il existe d’autres formes d’oxydes moins courantes, telles que les peroxydes et les superoxydes. Un peroxyde est un type spécifique de composé dans lequel deux atomes d’oxygène sont liés par une simple liaison covalente, comme dans le cas du peroxyde d’hydrogène, illustré ci-dessous.

OOHH

Les superoxydes contiennent un ion superoxyde négatif, O2, tel que KO2. Les superoxydes sont particulièrement importants pour notre biologie, car notre système immunitaire produit des superoxydes pour tuer les micro-organismes envahisseurs.

Exemple 5: Description de l’oxyde d’aluminium

AlO23 est un oxyde qui peut réagir avec les acides et aussi avec les bases, comme on le voit dans les équations suivantes:AlO+3HSOAl(SO)+3HOAlO+2NaOH2NaAlO+HO232424322322

Lequel des énoncés suivants décrit cet oxyde?

  1. C’est un oxyde métallique neutre.
  2. C’est un oxyde non métallique amphotère.
  3. C’est un peroxyde.
  4. C’est un oxyde métallique amphotère.
  5. C’est un oxyde non métallique neutre.

Réponse

Dans cette question, on nous demande de décrire l’oxyde d’aluminium à partir des deux réactions données. La première réaction montre que l’oxyde d’aluminium réagit avec un acide, l’acide sulfurique. La deuxième équation montre que l’oxyde d’aluminium réagit avec une base, l’hydroxyde de sodium. D’après ces équations, nous pouvons voir que l’oxyde d’aluminium réagit avec les acides et les bases.

La réponse A décrit l’aluminium comme un oxyde de métal neutre. Cependant, les oxydes neutres ne réagissent pas avec les acides minéraux dilués ou les solutions alcalines, de sorte que cette réponse doit être incorrecte.

La réponse B décrit l’oxyde d’aluminium comme un oxyde non métallique amphotère, mais sa position dans le groupe 13 du tableau périodique signifie que l’aluminium est un métal, donc cette réponse est également incorrecte.

Un peroxyde est un type spécifique de composé qui a deux atomes d’oxygène liés par une simple liaison covalente. L’oxyde d’aluminium possède trois atomes d’oxygène et ne peut pas être considéré comme un peroxyde, la réponse C est donc incorrecte.

La réponse D décrit l’oxyde d’aluminium comme un oxyde métallique amphotère. L’aluminium est en effet un métal en raison de sa position dans le groupe 13 du tableau périodique et peut être considéré amphotère car il réagit à la fois avec les acides et les bases, comme on peut le voir dans les équations chimiques ci-dessus.

Comme la réponse E est constituée de choix que nous avons déjà éliminés, la réponse correcte est D.

Résumons les points abordés dans cette fiche explicative.

Points clés

  • Un oxyde est un composé qui contient au moins un atome d’oxygène et un atome d’un autre élément.
  • La facilité avec laquelle un oxyde peut être formé à partir d’un élément est liée à la réactivité du métal ou du non-métal.
  • Les métaux forment généralement des oxydes basiques.
  • Les non-métaux forment généralement des oxydes acides.
  • Certains éléments du centre du tableau périodique forment des oxydes amphotères, qui vont réagir avec les acides et les bases.
  • Les oxydes basiques réagissent avec les acides pour former des sels et de l’eau.
  • Les oxydes acides réagissent avec les alcalis pour former des sels et souvent de l’eau.
  • Des tests de pH peuvent être utilisés pour déterminer si un oxyde est acide ou basique.
  • Certains éléments forment des oxydes neutres, qui ne réagissent pas avec les acides ou les bases.
  • Le caractère acide d’un oxyde change en se déplaçant dans le tableau périodique.
  • Plus le nombre d’atomes d’oxygène (O) non liés à l’hydrogène est élevé, plus l’acide est fort.

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