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Vidéo de question : Calculer la variation de l’état d’oxydation de l’azote lors de l’oxydation du graphite Chimie

L’acide nitrique est un agent oxydant fort qui peut même réagir avec du carbone élémentaire comme le graphite allotrope. La réaction est illustrée ci-dessous. 3 C graphite + 4 HNO₃ ⟶ 3 CO₂ + 4 NO + 2 H₂O. Quelle est la variation de l’état d’oxydation de l’azote au cours de cette réaction ?

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Transcription de vidéo

L’acide nitrique est un agent oxydant fort qui réagit même avec du carbone élémentaire comme le graphite allotrope. Cette réaction est décrite ci-dessous. Trois carbones graphite plus quatre HNO3 produisent trois CO2 plus quatre NO plus deux H2O. Quelle est la variation de l’état d’oxydation de l’azote au cours de cette réaction ?

Cette question porte sur les états d’oxydation. L’état d’oxydation se réfère au degré d’oxydation d’un atome, qui correspond généralement au nombre d’électrons perdus. À titre d’exemple, observons la molécule d’eau dans cette équation. L’atome d’oxygène a un état d’oxydation de moins deux car il a partiellement gagné deux électrons. On compte toujours les électrons partiellement perdus ou gagnés lorsqu’on veut déterminer le nombre d’oxydation. Pendant ce temps, les atomes d’hydrogène de cette molécule ont chacun un état d’oxydation plus un car ils ont partiellement perdu un électron. Notez qu’un état d’oxydation positif signifie que des électrons ont été perdus, tandis qu’un état d’oxydation négatif traduit un gain d’électrons.

Pour répondre à cette question, il faut déterminer l’état d’oxydation, autrement appelé nombre d’oxydation, de l’azote dans HNO3 et NO. Heureusement, il existe quelques règles que nous pouvons suivre pour nous aider dans ce raisonnement.

La première d’entre elles est que les composés neutres ont un nombre d’oxydation global de zéro. Par exemple, dans la molécule d’eau, la combinaison des deux nombres d’oxydation plus un des atomes d’hydrogène avec le nombre d’oxydation moins deux de l’atome d’oxygène donne zéro. Ensuite, l’état d’oxydation d’un ion est égal à sa charge. Enfin, l’état d’oxydation de l’oxygène est toujours de moins deux sauf dans certains cas particuliers comme les peroxydes ou lorsqu’il est lié au fluor.

Appliquons ces règles pour déterminer l’état d’oxydation de l’azote dans ces deux composés. Pour rappel, les expressions « état d’oxydation » et « nombre d’oxydation » sont interchangeables. Commençons par l’acide nitrique. L’ion nitrate a une charge moins un, donc son état d’oxydation doit également être de moins un. Ce n’est pas un cas particulier. Ainsi, chaque atome d’oxygène aura un état d’oxydation de moins deux. Dans cet ion, il y a trois atomes d’oxygène, avec chacun un état d’oxydation de moins deux. En les combinant avec le nombre d’oxydation inconnu de l’atome d’azote, nous devrions nous retrouver avec la charge et donc l’état d’oxydation de l’ion nitrate, c’est-à-dire moins un.

L’état d’oxydation de l’azote dans ce composé est donc plus cinq. Les états d’oxydation de l’azote et de l’oxygène se combinent pour que l’ion ait un état d’oxydation global de moins un. Combiné avec le plus un de l’atome d’hydrogène, ce composé neutre a un nombre d’oxydation global de zéro. Mais ce qui nous intéresse est le nombre d’oxydation de l’azote, plus cinq. Donc, c’est le nombre que nous retiendrons alors que nous allons nous intéresser au deuxième composé.

Il est un peu plus simple. Ce n’est pas un cas particulier de l’oxygène, son état d’oxydation est donc de moins deux. Comme il s’agit d’un composé neutre, on peut appliquer la première règle. Son nombre d’oxydation global doit être nul. Un nombre d’oxydation de plus deux pour l’azote le permet. Les deux nombres d’oxydation se combinent pour être égaux à zéro. Nous connaissons donc maintenant notre deuxième nombre clé. Le nombre d’oxydation de l’azote dans le produit de cette réaction est plus deux. Comme l’azote est lié à différents atomes, son nombre d’oxydation varie entre le début et la fin de la réaction, de plus cinq à plus deux. On peut dire que l’état d’oxydation varie d’une valeur négative de trois ; il diminue de trois. C’est la bonne réponse.

Puisque le nombre d’oxydation est une indication générale du nombre d’électrons perdus, une variation du nombre d’oxydation de moins trois signifie que trois électrons ont été ajoutés à l’azote entre le début et la fin de la réaction. Alors, quelle est la variation de l’état d’oxydation de l’azote au cours de cette réaction ? Il varie de moins trois.

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