Chapitre 6 - Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique
Pourquoi les pluies acides endommagent-elles les structures en fer ? (notamment les voies ferrées, les structures métalliques comme la statue de la liberté, etc.)
Hypothèse : L’acide des pluies « ronge » le fer.
Pour valider ou non notre hypothèse, il faut arriver à simuler en laboratoire l’effet des pluies acides sur le fer. Pour cela, il faut savoir en quoi consistent les pluies acides.
I. Nature des pluies acides 1) Etude d’un document
http://fr.wikipediaorg/wiki/Pluie_acide (Voir l’introduction de l’article.)
Conclusion : Les pluies acides contiennent principalement de l’acide sulfurique et de l’acide nitrique, mais également de l’acide chlorhydrique. Ici, on ne va s’intéresser qu’à l’acide chlorhydrique (car c’est le plus facile à obtenir en laboratoire).
2) Composition de l’acide chlorhydrique
L’acide chlorhydrique est une solution aqueuse contenant des ions. Lesquels ?
(Solution aqueuse car mélangée à la pluie : On ne va pas tester la présence d’eau, on le sait déjà.) Comment savoir les ions qu’on trouve dans l’acide chlorhydrique ? En réalisant les tests !
Expériences : (1) Mesure du pH.
Observations : (1) On mesure un pH = 1.
(2) On observe la formation d’un précipité blanc.
(3) Rien ne se produit.
Interprétations : (1) La solution contient des ions H+ (est acide).
(2) La solution contient des ions Cl-.
(3) La solution ne contient pas d’ions Fe2+, Fe3+ ou Cu2+.
Conclusion : Une solution d’acide chlorhydrique contient des ions hydrogène H+ et des ions chlorure Cl-.
Chlor-hydrique ! L’acide chlorhydrique est obtenu par dissolution dans l’eau du chlorure d’hydrogène HCl, un gaz très corrosif et nocif. La solution devrait s’appeler solution de chlorure d’hydrogène, mais dans le nom on met en avant ses propriétés acides dues à la présence d’ions H+ en grande quantité.
(2) Test au nitrate d’argent
solution de nitrate d’argent
Acide
chlorhydrique
(3) Test à la soude
solution de soude
Acide
chlorhydrique
II. Que se passe-t-il lorsqu’on mélange du fer et de l’acide chlorhydrique ? 1) Réalisation du « mélange » ; Observations
Exprérience :
Observations : La poudre de fer « disparaît » visuellement.
Une effervescence se produit dans le tube.
Interprétations : La poudre qui disparaît, ça peut être dû à une transformation chimique : les réactifs disparaissent pour former de nouveaux produits, mais ça peut aussi être une dissolution, comme le sel dans l’eau... On ne peut pas conclure.
L’effervescence observée traduit la formation d’un gaz. (voir 4ème, conservation de la masse.)
2) Identification du gaz produit On approche une flamme du tube à essai.
3) Nature de la solution obtenue Expérience : (1) Mesure du pH.
Observations : (1) On mesure un pH = 3.
(2) On observe la formation d’un précipité blanc.
(3) On observe la formation d’un précipité vert.
Interprétations : (1) La solution contient moins d’ions H+ que la solution d’acide chlorhydrique.
(2) La solution contient toujours des ions Cl-. (3) La solution contient des ions Fe2+.
Des ions H+ ont disparu et on a formé des ions fer (II) Fe2+ dans une solution de chlorure de fer (II).
Pas trop d’HCl qui sera dilué ensuite pour stopper la réaction et se débarrasser des restes de poudre de fer.
On observe (pas forcément avec les yeux) une détonation parfois appelée « aboiement », caractéristique de la présence du gaz dihydrogène H2. (Détonation aigüe.)
pH=1 Poudre de fer
Acide
chlorhydrique
WOUAF!
Effervescence Restes de
poudre de fer Solution obtenue
(2) Test au nitrate d’argent
solution de nitrate d’argent
Solution obtenue
(3) Test à la soude
solution de soude
Solution obtenue
III. Interprétation de la réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer 1) Critères de reconnaissance d’une transformation chimique
On étudie une transformation chimique lorsque des réactifs disparaissent pour former de nouveaux produits.
Dans notre cas, on a affaire à une transformation chimique car il y a apparition de nouveaux produits (ions fer (II) Fe2+, dihydrogène H2) et disparition de réactifs. (On l’a montré pour les ions hydrogène H+.)
2) Bilan de la transformation
Réactifs : Fer, ions hydrogène H+ (dans l’acide chlorhydrique)
Produits : Dihydrogène, ions fer (II) Fe2+ (dans une solution de chlorure de fer (II))
Le fer réagit avec l’acide chlorhydrique, avec formation de dihydrogène et d’ions fer (II).
Fer + Acide chlorhydrique → Dihydrogène + Solution de chlorure de fer (II)
Fe(s) + 2H+(aq) + 2Cl-(aq) →H2(g) + 2Cl-(aq) + Fe2+(aq)
Fe(s) + 2H+(aq) →H2(g) + Fe2+(aq)
Les ions chlorure Cl- sont présents en solution avant et après la transformation chimique, mais ne participent pas à la transformation chimique. On dit que ce sont des ions spectateurs, c’est pourquoi ils n’apparaissent pas dans l’équation de la réaction.
3) Conclusion Notre hypothèse est-elle valable, le fer est-il « rongé »?
Lors des pluies acides sur le fer, il y a une transformation chimique dont le fer est un réactif, donc il disparaît. Il est bien « rongé » par l’acide chlorhydrique (et plus généralement les pluies acides).
