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Niveau maths spé
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Equation de réaction CrO_5

Posté par
Lore23
31-10-23 à 22:32

Bonsoir à tous,

Je m'entraînais sur un sujet de chimie et je suis tombé sur une question assez handicapante pour la suite que je n'arrive pas à établir.

La question demande d'obtenir l'équation de réaction d'obtention de  CrO_5 à partir des espèces HCrO_4^{-}, H_3 O^+, H_2O \ \text{et} \ H_2 O_2.

En annexe du sujet, j'ai comme infos les couples acido-basiques suivants :

A 298 K:
H_2CrO_4/HCrO_4^{-} : pKa = -0,8
HCrO_4^{-}/CrO_4^{2-} : pKa = 5,9
CrO_5H^+/CrO_5 : Ka = 8

et les couples d'oxydo-réduction :

A 298 K :
H_2O_2/H_2 O : E_1^0 = 1,77 V
O_2/H_2O_2 : E_2^0 = 0,69 V

J'ai essayé de me dépatouiller en écrivant les demi équations faisant intervenir les espèces voulues pour arriver à l'équation finale mais rien n'y fait, je n'arrive pas à trouver comment y parvenir, est-ce que certain(e)s auraient des pistes ?

Posté par
vanoise
re : Equation de réaction CrO_5 31-10-23 à 22:58

Bonsoir
Aucun renseignement sur les potentiels standard de couples faisant intervenir l'élément chrome ?
Pour le troisième couple acide/base : Ka ou pKa ?

Posté par
Lore23
re : Equation de réaction CrO_5 31-10-23 à 23:17

Bonsoir,

Non je ne pense pas avoir omis des infos du moins comment c'était présenté et c'est bien Ka=8 (si j'ai oublié un truc vous pouvez toujours vous référer au sujet mines ponts 2023 en chimie MP dans la partie 2 question 12)

Posté par
vanoise
re : Equation de réaction CrO_5 01-11-23 à 15:55

Lors de la transformation,le nombre d'oxydation de l'élément chrome augmente d'où la nécessité d'une réaction sur un oxydant. Le diagramme potentiel pH de l'élément chrome est-il fourni ?

Posté par
Lore23
re : Equation de réaction CrO_5 01-11-23 à 16:46

Aucun diagramme E-pH n'est fourni, seulement cette question avec les données que j'ai donné. La question d'avant, si ça peut aider, demandait de déterminer l'espèce qui allait réagir (dans la question que j'ai posé en début de topic) pour former du CrO_5 à pH = 1,5 en déterminant le diagramme de prédominance des couples acides/bases associé à l'acide chromique H_2 CrO_4 ce à quoi j'avais répondu le HCrO_4^- d'où la question posée au début.

Posté par
vanoise
re : Equation de réaction CrO_5 01-11-23 à 18:50

Je suis en déplacement avec un simple téléphone. Je consulterai l'énoncé intégral du concours vendredi soir.

Posté par
vanoise
re : Equation de réaction CrO_5 02-11-23 à 14:38

J'ai finalement réussi à me procurer l'intégralité de l'énoncé. Sachant que le nombre d'oxydation de Cr augmente, la transformation nécessite la réaction de H2O2 se comportant en oxydant.
Cela revient à faire intervenir les couples oxydant/réducteur H2O2/H2O et HCrO4-/Cr2O5.
Soit tu équilibres directement l'équation en utilisant les variations de nombres d'oxydation soit tu passes par les demi réactions.

Posté par
Lore23
re : Equation de réaction CrO_5 02-11-23 à 19:23

Il y a deux points sombres que je ne comprends pas, ok pour le nombre d'oxydation qui augmente mais en quoi H_2 O_2 doit se comporter en oxydant ? Et je ne vois pas d'où vient le couple HCrO_4^- / Cr_2 O_5 qui n'est même pas fourni dans les données

Posté par
vanoise
re : Equation de réaction CrO_5 02-11-23 à 22:31

Si Ka=8, pKa<0 ; les valeurs des pKa montrent qu'à pH très acide, HCrO4 - est l'espèce prédominante au nombre d'oxydation 6 de Cr alors que CrO5 est la seule espèce stable au nombre d'oxydation 10. Désolé pour le 2 qui s'est glissé par erreur dans mon précédent message. Lors de la transformation le n.o. de Cr augmente de 6 à 10, donc oxydation. Le n.o. de O doit donc diminuer. C'est bien se qui se passe quand H2O2 se transforme en H2O alors que le n.o. de O augmenterait si H2O2 s'oxydait en O2.
Tu peux revoir ton cours sur l'oxydo réduction et les nombres d'oxydation.
Pour conclure : tu as simultanément oxydation de HCrO4 - en CrO5 et réduction de H2O2 en H2O en milieu très acide donc en présence d'ions oxonium.

Posté par
Lore23
re : Equation de réaction CrO_5 03-11-23 à 01:13

Ok merci pour toutes les précisions apportées j'ai trouvé l'équation grâce aux indications. Juste une dernière question (je crois), comment sait-on que le n.o. de O qui doit diminuer? Cela vient du fait que c'est l'atome présent dans l'espèce CrO5 et qu'il doit en quelque sorte réguler ? Je n'arrive pas trop à trouver un raisonnement tangible pour ça surtout si je m'imagine une espèce qui par exemple (n'existe sûrement pas mais pour l'exemple) de la forme CrO2H3Fe2, pourquoi ça ne serait pas le n.o. de H ou du Fe qui diminuerait?

C'est peut-être trivial mais j'ai quand même besoin de m'en convaincre si jamais je retombe sur une équation de ce genre…

Posté par
vanoise
re : Equation de réaction CrO_5 03-11-23 à 19:00

Pour un ion simple, le n.o. est égal à sa charge. Pour un composé covalent (molécule ou ion composé) le n.o. d'un élément est la charge fictive qu'aurait cet élément si toutes les liaisons covalentes se coupaient conformément à leurs états de polarisation. A partir de là, un peu de culture scientifique sur l'électronégativité des divers éléments permet de retrouver les n.o. Voir ici par exemple : .

Pour l'élément 0, il faut savoir que n.o.=0 pour les corps simples O2, 03 ; no = -II pour les composés covalents sauf les peroxydes où no=-I.
Ici H2O2 se comporte en oxydant puisque l'élément O subit une diminution (=réduction) de son no de -I à -II.

Posté par
Lore23
re : Equation de réaction CrO_5 04-11-23 à 00:21

Oui ça je l'ai saisi, c'est simplement la phrase « Lors de la transformation le n.o. de Cr augmente de 6 à 10, donc oxydation. Le n.o. de O doit donc diminuer. » C'est le « donc » qui me fait tiquer, pourquoi l'oxydation du Cr impose une réduction de O? Je suis cependant ok sur le fait que H2O2 subit une réduction.

Posté par
vanoise
re : Equation de réaction CrO_5 04-11-23 à 13:27

Quand un électron s'éloigne d'un atome son nombre d'oxydation augmente de 1 mais cet électron se rapproche nécessairement d'un autre atome dont le nombre d'oxydation diminue de 1. Dans une réaction d'oxydo réduction, la somme algébrique des variations des n.o. des différents éléments est nécessaire nulle et une réduction (diminution de n.o.)est nécessairement accompagnée d'une augmentation de n.o. d'un autre élément qui subit une oxydation. C'est pour cela que l'on parle de réaction d'oxydo-réduction.
Cette somme algébrique des variations de n.o. nulle permet très rapidement d'équilibrer les réactions d'oxydo réduction sans faire appel à la notion de demi réaction.
Ici, le no de Cr augmente de 4 alors que le no de O diminue de 1. Sachant que H2O2 possède deux atomes O, il faut faire réagir 2 moles de H2O2 pour une mole de HCrO4- .

HCrO_{4}^{-}+2H_{2}O_{2}=CrO_{5}+H_{2}O

Il te reste à équilibrer l'élément O avec des molécules d'eau et les charges avec des ions H_{(aq)}^{+}. En absence d'erreur, l'intervention des ions H_{(aq)}^{+} doit équilibrer simultanément les charge et l'élément hydrogène.

HCrO_{4}^{-}+2H_{2}O_{2}+H_{(aq)}^{+}=CrO_{5}+3H_{2}O

Posté par
Lore23
re : Equation de réaction CrO_5 04-11-23 à 16:12

Ok merci beaucoup c'est plus clair maintenant



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