16/12/19 C07_Cinetique_Corrosion_Magnesium.doc 1/2
TS Spécialité Thème : Matériaux TP 11
Chimie La cinétique de corrosion du magnésium
Contexte du sujet
L’élément magnésium Mg est produit artificiellement par réduction ou par électrolyse. Il est hautement réactif en poudre et en copeaux mais, laissé à l’air libre, il se revêt rapidement d’une mince couche d’oxyde étanche réduisant sa réactivité (passivation par oxydation).
La cinétique de sa corrosion est lente, mais peut être accélérée par divers facteurs comme la température, l’acidité du milieu etc… Etudions la durée de cette cinétique.
Document 1 : Cinétique chimique.
La cinétique est l’étude de la vitesse des réactions chimiques qui peuvent être rapides, voire instantanées, comme les explosions D’autres réactions sont tellement lentes qu’elles durent plusieurs années (comme la formation de la rouille), voire plusieurs siècles (comme la formation du charbon, du pétrole)
Le temps de demi-réaction (noté t1/2) définit la durée au bout de laquelle l’avancement x (mol) de la réaction vaut x(t1/2) = xmax/2
La réaction est terminée lorsque l’avancement final xf est atteint ; Pour une réaction totale xf = xmax.
Document 2 : Tests de reconnaissance
Les ions peuvent être identifiés par un précipité de couleur et de texture caractéristique.
Ion testé Fe2+(aq) Fe3+(aq) Cu2+(aq) SO42-
(aq) Zn2+(aq) Mg2+(aq) Cℓ-(aq)
Réactif Soude Soude Soude Chlorure de
baryum Soude Soude Nitrate d’argent
Précipité Verdâtre Rouille Bleu Blanc Blanc Blanc Blanc qui noircit
Pour les gaz : le dihydrogène H2 est explosif, le dioxygène O2 est comburant, le dioxyde de carbone CO2 trouble l’eau de chaux.
Document 3 : Relation des gaz parfaits
Un gaz est dit parfait s’il est ponctuel et sans interaction. La plupart des gaz sont considérés comme parfaits aux faibles pressions, en milieu dilué. Dans ce cas, ils obéissent à la relation : p V = n R T
avec la constante R = 8,31 J.K-1mol-1 , La pression p (en Pa), le volume V (en m3), la température absolue (en K), la quantité de matière de gaz n (en mol).
Travail à réaliser
1. Expérience préliminaire (Réaliser)
Placer un petit morceau de magnésium dans un tube à essais. Y ajouter environ 2 mL d’acide chlorhydrique (H+(aq) , Cℓ-(aq)) et boucher immédiatement le tube avec un bouchon.
1.1. Qualifier la cinétique (rapide, lente, très lente) et l’effet thermique (exothermique, athermique, endothermique) de la réaction.
1.2. Pourquoi cette transformation peut-elle être suivie par mesure de la pression ? Comment évoluera-t-elle au cours de la réaction ?
1.3. Identifier le gaz produit et l’ion formé en ajoutant de la soude jusqu’à apparition d’un précipité caractéristique.
1.4. À partir de vos observations : indiquer le réactif oxydant et le réactif réducteur ; écrire leur demi-équation d’oxydoréduction et en déduire l’équation.
Données : Potentiel des couples oxydant/réducteur : E0(O2/H2O) = 1,23 V ; E0(H+/H2) = 0,0 V ; E0(Mg2+/Mg) = - 2,37 V
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2. Protocole expérimental (Analyser)
On souhaite tester l’influence de la concentration en acide chlorhydrique sur la cinétique de la corrosion du magnésium.
Verrerie Solutions
Ballon + bouchon Pressiomètre + tuyau 1 m de ruban de Mg pèse 1,85 g
(H+(aq) , Cℓ-(aq)) (H+(aq) , Cℓ-(aq)) Eprouvette graduée Pipette jaugée 10,0 mL 0,50 mol.L-1 1,00 mol.L-1
2.1. Elaborer un protocole afin de suivre l’évolution de la réaction par mesure de la pression.
3. Mise en œuvre du protocole expérimental (Réaliser)
Fixer une extrémité du tuyau au capteur, et l’autre extrémité au bouchon troué.
Mesurer précisément 10,0 mL d’acide chlorhydrique et les verser dans le ballon.
Attention, la suite est délicate et requière une extrême minutie (voir schéma ci-dessus à droite) :
3.1. Incliner le ballon afin d’y déposer sur l’encolure un morceau de magnésium de …..…... cm mais sans qu’il ne tombe dans l’acide !
Boucher avec précaution le récipient de façon hermétique avec le bouchon troué.
3.2. Mesurer la pression initiale pi = ………….
On considérera que le volume que peuvent occuper les gaz (ballon + tuyau – bouchon – liquide) vaut 65 cm3.
3.3. Placer verticalement le ballon pour que le magnésium tombe dans l’acide tout en maintenant fermement le bouchon pour éviter que la force pressante ne l’expulse et déclencher le chronomètre afin de mesurer la pression toutes les 20 s.
t (en s) 0 20
p (en hPa)
t (en s) p (en hPa)
t (en s) p (en hPa)
3.4. Mesurer la température du gaz contenu dans le ballon : θ = ………….
4. Exploitation (Réaliser-Analyser-Valider)
4.1. Entrer les valeurs expérimentales sous Regressi, puis faire calculer la variation de pression Δp = p - pi. 4.2. Exprimer l’avancement x de la réaction en fonction des grandeurs Δp, V, R et T.
4.3. Tracer l’avancement x de la réaction en fonction du temps afin de déterminer le temps t1/2, puis imprimer la courbe après accord du professeur.
4.4. Répondre à la problématique en précisant si l’avancement final xf correspond à la valeur maximale théorique.
Indiquer les causes d’erreur éventuelles.
