çeeeeeee aaaaaaaaaa eee

Objectifs

Être

capable

de

donner

une

méthode

de

préparation

de

digxygène en industrie et au

laboratoire. ,

^.

-

ê.

trtre

capable

de

représenter,

par des équations, quelques

propriétés chimiques de dioxygène.

r

Être capable de distinguer des oxydes métalliques et non-métalliques.

t

Savoir nommer des oxydes.

aaaaaaaaaa

_><_><_><-

J^e çeeeeeee

I. Ltoxygène

L'oxygène, de symbole chimique o, est l'élément chimique le

^plus

abondant sur Terre. I1 est indispensable à

la vie.humaine et

végétale.

A

r'état naturel, I'oxygène

pur

est présent à un cinquième

(r/5)

en volume dans

I'air,

sous forme moléculaire de dioxygène de

formule

oz.

La

présence de dioxygène dans

l'eau

est nécessaire à

la

respiration des poissons et des autres organismes aquatiques.

1.

Préparation

de dioxvgène

Plusieurs méthodes sont utilisées pour obtenir du dioxygène pur.

1.1. Au laboratoire

Lorsqu'on veut produire de petites

quantités

de

dioxygène au laboratoire,

il

existe des méthodes simples de préparation.

permanganate _de potassium

schéma de

fabrication _du

dioxygène au

laboratoire

Chimie

C4

₃₈

-''

L,I-es,transforniatioùs chimiquès

aaQaa r><:>(-><- J'e eee

; t.

1:-, ^..

.

^{r. L}

j;

:'i::r.r. r,. .,,r:. ^-: ,i:r:i.: I,-Ires tranSformatiofrs CÀiniiques i'

Le

permanganate de, potassium

lltVttoo qui

est

,un

^solide'

criStallin pou{pre, décompose danq

fusion lors

du chauffage à

240"C, Ia formation d'une poudre noire constituée d'un

mélange de manganate de potassium

ÇMnOa,

du dioxyde de

manganèse MnO2 et de ^dioxygène de libération.

^Le

recueillement de dioxygène ^se

fait

par déplacement d'eau.

2

KMnO+

---> K2MnOa

+ MrIO2 +

Oz

chlorate

^{de potassium}

On prépare de dioxygène par chauffage de chlorate

^de

potassium en utilisant du dioxyde de

manganèse

MnO2)

comme catalyseur.

}KCLO3 Mnot, 2KCf' + 3Oz

chlorate de potassium

chlorure

^dioxygène

de potassium

peroxyde d'hYdrogène

Le dioxyde de

manganèse

(MnO2) est utilisé

^comme

catalyseur

au laboratoire pour Ia préparation du dioxygène à

partir

de

chlorate de

potassium

; ^{c'est une}

des expériences classiques dans l'enseignement

de

base.

I1

catalyse aussi la décomposition du peroxyde

d'hydrogène.

2HzOz ^2H2O +

Oz peroxyde

d'hydrogène eau

^dioxygène

1.2. Production industrielle

Dans

f

industrie, on prépare de dioxygène, en même temps que le diazcte,

par distillation fractionnée

de

I'air liquide.

La

température

de l'air liquide

est extrêmement basse.

Si I'on

repère cette température immédiatement après

liquéfaction,

^on . constate

qu'elle est de l'ordre de - 190'C. Puis au cours

de

l'ébullition qui

se

produit

sans arrêt, on observe une élévation de la température jusqu'à

-

^{183'C. Cette élévation} de la température de

I'air liquide

en cours

d'ébullition,

variation prévisible ^puisque

l'air

est un mélange, tient au

fait

que

le

diazote liquide bout à une température

plus

basse que

le

dioxygène

liquide. Par

suite, les

bulles ^gazeuses qui se forment au début de l'ébullition contiennent surfout de diazote et la ^teneur du liquide

^en

dioxygène s'accroît progressivement.

Au

bout

d'un

cerlain temps

Chimie C4

'dioxygène

qui bout à la

tempéralqre

fixe

de

- 183"C. C'est

le principe _de

l'extraction

industrielle de dioxygène de

I'air.'

Le

dioxygène est stocké

et livrâ

gazevx dans des tubes d'acier, sous une pression

de

200 bars,

ou

sous

forme liquide

dans des récipients isolants.

_ _

2.

Propriétés

de dioxvsène

2.1. Propriétés

^physiques

- ^Aux

conditions normales de température et de pression (1 atm, 0oC),

le dioxygène est vrl gaz incolore, inodore et

insipide (sans saveur) _;

-

le dioxygène est environ 1,1 fois plus lourde que

l'air

;

-

^{la masse} volumique de dioxygène est 1 ,43

glL

(p

:

1 ,43

glL);

-

[e dioxygène est très peu soluble dans

l'eau : 3 mL /

^{100 mI-}

d'eau

à20"C;

-

la température de fusion de dioxygène est

-

^{219"C ;}

-

la température

d'ébullition

de dioxygène est

- ^183'C

^;

-

le dioxygène

liquéfié

a une couleur bleu pâle.

2.2. Propriétés

chimiques

Le dioxygène réagit avec l'ensemble des

éléments

du

tableau périodique (à

l'exception

des gazrarcs) pour former des oxydes.

2,2.1.

Réaction

de dioxygène avec des

non-métaux

a)

La réaction entre

Ie dioxvgène et le carbone

Le

carbone,

principal

constituant du charbon de bois (ou fusain) brûle.mieux dans le dioxygène qué dans

l'air. La

réaction

s'intensifie

et s'accélère.

Il

se forme du dioxvde de carbone.

fusalu lucautleJcent

COiVIBUSTÏON

Cette réaction se traduit par l'équation

bilan

suivante ^:

c + 02 --> ^co2

.{VANT CONIBUSTION

APRES CON,IBUSTION

Chimie C4 40

, _i'.

irr j ^.I!..Ires - transformatiolis ir èhimiques.^' ^:

'-r i

b)

La réaction entre

le dioxvgène et Ie

soufre

,,

On porte un morceau de soufre (S) à incandescence, puis on le place dans un flacon contenant de dioxygène (Or),

Le soufre s'enflammè et une

épaisse

fumée

blanche envahit le flacon : c'est du dioxyde de soufre (SO2).

Cette réaction se traduit par

l'équation

bilan suivant ^:

S + 02 ----+

SOz

Conclusion

Les non-métaux

brûlent

dans

le

dioxygène en formant un oxyde non-métallique

non-métal * dioxygène

-+

^oxyde

non-métaltique

2.2.2.

Réaction

de dioxvgène avec des

métaux

Les métaux brûlent

beaucoup

plus facilement

lorsqrr'ils

sont à l'état divisé (: en poudre) que lorsqu'ils sont

à

I'état

compact

(: en

gros morceau).

Le

dioxygène réagit avec

les

métaux

à l'exception _de I'or (Au) et du

^platine (Pt) pour donner des oxydes métalliques

a) La réaction entre

le dioxygène et le

clrivre

2Cu+ O,

-)2CuO

curvre oxvde de cuivre

II

b)

La réaction entre

ie dioxyeène et ie

fer

3

Fe +

2

Oz ---+

^Fe3Oa

fer

oxyde magnétique de fer

c)

La réaction entre

le dioxygène et Ie magnésium

2Mg + Oz ----> ^2MgO

magneslum oxyde de magnésium Conclusion

Les métaux brûlent dans le dioxygène en formant un oxyde métallique

métal + dioxygène ---)

^oxyde

^métallique

l

Chimie C4 ₄₁

4

,:

!

2.?.3,

Réaction

de dioxveène avec

du dihydroEè.ne 'i , ,

^l

Le

gaz dihydrogène

brûle

en réagissant avec le dioxygène pour donner de

l'eau àl'état

gazeux.

2H2 + Oz ^---) 2WO

2.2.4.

Réaction

de dioxygène avec des

matériaux

organiques

/ /- _{Le dioxygène}

réagit avec

les

composés organiques pour donner du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau.

Exemples ^:

CFI+fel + 2OzG)

---) COz(e)

+ 2HzOel

méthane

2CzHz<el

+ 5OzG)

---+

4CO2çg1+ 2HzOfzl

acétylène

2C2Haçgy

+ 6OzG)

---+

4CO2çgy+

4HzOfD éthène (éthylène)

2 CH3OH(c) + 3 Oz(e) ---+

2

^CO2çgy

+

4 HzOe) méthanol

C2H5OH1ry + ₃

Oz(e)

---)

2

CO2qgy

+

3 HzO(r,)

éthanol

Le

dioxygène est très réactif, et la

plupart

de ses réactions sont fortement exothermiques. Cette grande réactivité

n'a

généralement

pas lieu à

température ambiante.

Dans

la plupart des composés oxygénés,

l'oxygène

a la valence

II.

3.

Composition

de dioxygène dans

I'air

Expérience

: Ia laine

de

fer

est placée

dans un tube retourné sur

une cuve à eau.

Matériel

nécessaire :

-

^une éprouvette graduée _;

-

un entonnoir en verre ;

-

^de la

pailie

de fer.

La paille de fer est introduite au fond d'une

éprouvette graduée remplie

d'air

et retournée sur la cuve à eau. Quelques

jours

plus tard,

la paille de fer s'est oxydée, le volume de gaz a diminué

dans l'éprouvette (on peut en mesurer le

volume)

et

le

gaz Ésiduel ne peut entretenir la combuStion d'une allumette.

Chimie

C4 ,:

,42

I ,-_'

Le fer

se

rouille

quand

il

de l'air

est consommée

.|; ,:.

I.-. Les transformations chimiques

est en contact avec

I'air

humide. Une partie

lors

de

la formation de la rouille.

C,est le

I

dioxygène de

l'air

et non

le

diazote

qui intervient

_dans

la

formation de la

rouille.

)>

Interprétation

Au cours de la formation de la rouille un gaz

disparaît

:

c,est du dioxygène.

Le

gaz _{restant est}

du

diazote. On retrouve la compositicn volumique _de

l'air

(1/5 de dioxygèn e

et

⁴¹⁵ de diazote).

4.

Utiiisation

de dioxygène

Chimie

C4

43

l.

i:.r,..

^..:

,.,.. .: -.

^:::f, l,estransfbrmatioûschimiq'es

. _I

^,

,l

Le dioxygène :

-

entretient la

vie

animale et végétale

; ^-'

^-

-

^est

utilisé

dans

Iafabrication

de

l'acier

^:

- trouve une application dans la ^soudure au ^chalumeau

oxy- acéthylénique (utilisation d'oxygène

et

d'acétylène)

i

^,

-

^sous forme

liquide

constitue une partie du < carburant > des fusées _;

-

est

utilisée pour la

plongée sous-marine (scaphandre autonome de type Cousteau-Gagnan) _;

-estuti1epourréanimerlesmalades(troussesdeSecourS).

5. La combustion

Une combustion est une transformation chimique au cours

^de

laquelle une substance brûle. Toutes les réactions de combustion sont accompagnées

d'un

dégagement de chaleur.

Conditions

à

réunir pour qu'une combustion soit

possible

Pour

qu'une

combustion se réalise

il doit y avoir

contact entre deux réactifs :

-

le comburant (dioxygène) _;

- ^le combustible (le

papier,

le bois, le pétrole, le

charbon,

le

^gaz

nature, I'huile, I'alcool, les matières plastiques).

Ces deux réactifs doivent également recevoir une chaleur suffisante.

Comment

stopper

une

combustion

?

Si

l'on

sépare les réactifs,

si l'on

supprime

l'un d'eux ou s'il n'y

^a

plus de chaleur la combustion ne peut se poursuivre.

II. L'oxydation

1. Ou'est-ce

gutune oxydation

?

Observer

les produits de la réaction de dioxygène avec

d'autres substances ci-dessous :

Réactifs Produits

S ^+Oz

^{---+ SO,}

4Na +

02 ^---) 2 Na2O

CH+ +

Oz ^_--->

coz + 2H2o

L'action

chimique

d'un

corps se combinant à I'oxygène pour former un oxyde est une <

oxydation

)).

Chimie C4 44

i,

.

i,i

^{:;. :,.;.}

:.,, :.

:i;r,:.I.lestransformationschir4iqùes, ^I

I1 qxisle deux typeq

d'oxydatio4;,

- L'oxydation

peut être

vive,

c'est-à-dire accompagnée

d'un

grand dégagement de chaleur.

Exemple: 3Fe + 2Oz

^5oo'c

>

^Fe3Oa

- L'oxydation

peut être

lente, c'est le

cas

par

exemple

du fer

dans

l'air

humide (la corrosion du

fer)... '

,,

^__

2. Les oxydes

Un oxyde

est

un

composé

chimique

constitué

d'oxygène

avec un autre élément.

Il

existe deux types d'oxydes : les oxydes basiques et les oxydes acides.

2.1.Les oxvdes basiques (ou oxydes

métalliques)

Un oxyde basique est composé du métal et d'oxygène.

métal +

oxygène

:

_oxyde métallique (oxyde basique)

Formule

générale : MoO6

M

^:

métal a:

nombre d'atomes de métal O :

oxygène

b : nombre d'atomes d'oxygène

Exemples cles oxydes basiques

:

K2O, Na2O, CaO,

MgO...

2.2..Les oxydes acides (ou oxydes non-rnétalliques)

Un oxyde acide est composé du non-métal et d'oxygène.

non-métal + oxygène:

oxyde non-métallique (oxyde acide)

Formule

générale : XoO6

X

:

non-métaI a

: nombre d'atomes de non-métal O :

oxygène b:

nombre d'atomes d'oxygène Exemples des oxydes basiques

;

COz, SO2, P2Os, NO,

NzO:...

3.

Nomenclature

des ox.rdes

.,

On nomme les oxydes

basiques

en

commençant

par le

^mot

< oxyde

> suivi du nom de

< métal

> avec sa valence (entre

^:

parenthèses) pour des métaux qui ont beaucoup de valences.

Exemples

:

Na2O oxyde de sodium

CaO

oxyde de calcium

MgO

oxyde de magnésium

FeO

oxyde de fer

(II)

Fe2O3 oxyde de fer

(III)

CuzO oxyde de cuivre

(I)

CuO

^oxyde de cuivre

(II)

Chimie C4 ₄₅

3,2,Nonrcnglature des oxydes acides

- 'i:

: I. Los transformatiofis chimiques

.,'

-

Commenoer par'le.

mot'<

oxyde >

suivi:du

nom de nôn-métal ei

sa valence dans le ^cas où

^ce

^non-métal

^{possèdè plusieurs}

CO

^{oxyde de} carbone

(II) COz

^oxyde de carbone'(IV)

SOz

^oxyde de soufre

(IV)

SOr

oxyde de soufre

(VI) BzOl

oxyde borique

- Dans certains cas, on ajoute aux deux termes le

nombre

d'atomes

avec

mono (1), di ^(2), tri (3), tétra (4), penta

(5), hexa (6), hepta

(7),

octa (8), nona (9), déca

(10)...

PzOs pentaoxyde de diphosphore

BzOr

trioxyde de dibore

NzO:

trioxyde de diazote

- Le préfixe

⁽⁽ mono

) n'est jamais utilisé pour

désigner le premier élément.

Exemples

: CO

monoxyde de carbone

COz

dioxyde de carbone

SOz

dioxyde de soufre

SO: trioxyde

de soufre

NO

monoxyde d'azote

- Autrement l'ancienne

nomenclature

devient

assez

naturelle

à

l'utilisation

en commençant par <

anhydride

>

suivi

du nom de

<

non-métal

>>

(.n latin) avec la terminaison

<< ique >> ou

(

eux )).

Exemples

: SO2

anhydride sulfureux

SO:

anhydridesulfurique

COz

anhydridecarbonique PzOs anhydride phosphorique

aaaaaaaaaQ

Chimie C4 46

I

1. On réalise

la

combustion de 0,24

g

dê carbone (contenant 2Yo enmasse des impuretés

qui

ne brûlent pas). Quelle ^{masse de}

dioxyde

de carbone obtient-on

?

.

_{i_}

2. On

fait brûler

10 g

d'un

mélange de 20Yo de soufre

et

B}Yo de phosphore.

Quels sont les volumes de dioxygène et

d'air

utilisés ?

3. Placer les oxydes suivants dans les bonnes cases du tableau ci-dessous et indiquer

leur

nom : Na2O,

MgO,

CaO,

ZnO,

At2O3,

K2O,

COz,NIn2O,, CrO3, SO3, CO.

Oxyde basique Oxyde acide

Formule

Nom

Formule Nom

4. Lesquelles des substances suivantes peuvent

utiliser pour la

préparation de dioxygène : Fe3Oa, KMnOa, KC{O3, HzO, CuSOa, CaCO3 ?

5.

Le fer brûle

dans

le

dioxygène

pour

donner un oxyde de

fer

de formule

Fe3Oa.

a) Écrire et équilibrer l'équation de cette réaction.

b)

Quel ^volume de dioxygène, dans les conditions normales

de

température

et de

pression,

doit-on utiliser pour obtenir

13,5

g

de Fe:O+ ?

c) Quelle masse ^{de Fe3oa} ôbtient-on _{si on}

utilise l6

g de dioxygène ?

6. Quels.

sont les _effets

provoqués

par l'environnement

sale

?

comment

protéger l'environnement pour _avoir de bon air et de

dioxygène suffisamment ?

7.

Équilibrer

les équations bilans suivantes :

---+

Nz +

HzO

---+

^SO:

-> ^COz +

HzO

--+ ^COz +

HzO ---)

NaOH +

Oz

a)

NH3

b) soz

c)

^CsHs

d)

c2H6o

e)

Na2O2

+Oz +02 +Oz +Oz +

H2O

Chimie C4

47 : ^{i - i,,,} i._f; I:es transformatiOns bhimiques

_

'-.- - &.Ia

combustion complQte de: 625 g du chlorure de

vinyle

C2H3€,8,

dans.le _,

^,

.

_'.

chlorure d'hydrogène

HCt.

¹¹

a)Équilibrerl'équation.bilanéquilibréedecetteréaction.

b) Quelle ^est la masse de chlorure d'hydrogène _{obtenue ?}

c)

Déterniner le ^nombre de mole de

dioxygène' nécessaire

à,

^gctte

., ::iï:i:îJ#:,:lTJfl[#ïï.L1'r:î*'u'filisé

^{dans 'Ies}

i ;

^ ^ ^ ^ È - l- r-

aGaaaaaGaQ

Chimie C4

i48