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Problème 2

L'oxyde de cuivre(I) CuX2O\ce{Cu2O} est un semi-conducteur utilisé en électronique de l'état solide et dans les cellules solaires. La maille cubique a un paramètre a=427,0a = 427,0 pm, les atomes d'oxygène (A) formant un sous-réseau cubique centré et les atomes de cuivre (B) un sous-réseau cubique à faces centrées. (a) Quels sont les indices de coordination de Cu et O ? (b) Calculer les plus courtes distances O−O\ce{O-O}, Cu−O\ce{Cu-O} et Cu−Cu\ce{Cu-Cu}. (c) Calculer la masse volumique théorique de CuX2O\ce{Cu2O} stœchiométrique en g cm−3^{-3}. (d) Un échantillon non stœchiométrique a 0,2 %0,2\,\% de ses atomes de Cu oxydés à l'état CuX2+\ce{Cu^2+}. Quel pourcentage de sites de Cu est vacant et que vaut xx dans CuX2−xO\ce{Cu_{2-x}O} ? (e) Écrire les équations équilibrées de la réaction de CuX2O\ce{Cu2O} avec : (1) OX2\ce{O2} en air humide ; (2) l'acide sulfurique dilué ; (3) l'acide sulfurique concentré chaud.
Étape 5 sur 5 : Réactions chimiques de l'oxyde cuivreux
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(1)  2 CuX2O+OX2→4 CuO;(2)  CuX2O+HX2SOX4→Cu↓+CuSOX4+HX2O;(3)  CuX2O+3 HX2SOX4→2 CuSOX4+SOX2↑+3 HX2O(1)\; \ce{2Cu2O + O2 -> 4CuO};\quad (2)\; \ce{Cu2O + H2SO4 -> Cu v + CuSO4 + H2O};\quad (3)\; \ce{Cu2O + 3H2SO4 -> 2CuSO4 + SO2 ^ + 3H2O}
Analyse

En air humide, CuX2O\ce{Cu2O} s'oxyde en CuO\ce{CuO} noir. L'acide sulfurique dilué provoque la dismutation : CuX+\ce{Cu+} est instable en milieu acide aqueux et se sépare en Cu\ce{Cu} métallique insoluble et CuX2+\ce{Cu^2+} bleu. Dans l'acide sulfurique concentré chaud, l'acide sert d'oxydant, se réduisant en SOX2\ce{SO2} tandis que tout le cuivre est oxydé en $CuX2+\ce{Cu^2+}.