Réaction entre le fer et l'acide chlorhydrique

Réaction entre le fer et l'acide chlorhydrique

Cette fiche de révision est dédiée au chapitre de physique chimie sur la réaction entre le fer et l'acide chlorhydrique. Ce cours est au programme de l'épreuve du Brevet pour les candidats libres, c'est pourquoi digiSchool et son professeur vous propose cette fiche.

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I - Acidité d'une solution

1 - Définition du pH

Le pH (ou potentiel hydrogène) permet de mesurer l'acidité ou la basicité d'une solution aqueuse. C'est une grandeur chimique sans unité, comprise entre 0 et 14. L'échelle des pH est représentée ci-dessous et permet de déterminer le caractère acide, basique ou neutre d'un liquide. En effet,
  1. Lorsqu'une solution possède un pH inférieur à 7, elle présente un caractère acide. Cette acidité est due à la présence des ions hydrogène . A titre d'exemple, l'acide chlorhydrique et l'acide nitrique ont un pH égal à 1 et contiennent respectivement les ions ( ) et ( ). Plus le pH d'un liquide est faible et s'approche de 0, plus cette solution est acide et plus la quantité d'ions est importante dans le milieu.
  2. Lorsqu'une solution possède un pH supérieur à 7, elle présente un caractère basique. Ce sont les ions hydroxydes qui sont responsables de la basicité d'une solution aqueuse. Comme exemple, peut être citée la soude : elle possède un pH égal à 14 et contient les ions ( ). Plus le pH d'un liquide est fort et s'approche de 14, plus ce liquide est basique et plus la quantité d'ions est importante en solution.
  3. Enfin, lorsqu'une solution possède un pH égal à 7, elle présente un caractère neutre. Elle contient autant d'ions H + que d'ions HO -.
Il faut finalement noter que, dans une solution basique, la quantité d'ions est toujours supérieure à celle des ions . A l'inverse, dans une solution acide, ce sont les ions hydrogènes qui sont majoritaires.

2 - Mesure du pH

Le pH d'une solution peut être mesuré grâce au papier pH : lorsque ce papier spécial est trempé dans une solution aqueuse, il change de couleur en fonction du pH du milieu. En se référant à une échelle de teintes, il est donc possible de déterminer le pH de la solution. C'est une méthode rapide mais peu précise. Le deuxième procédé pour évaluer le pH est l'utilisation d'un pH-mètre : après plusieurs réglages, cet appareil est capable de mesurer grâce à une sonde (ou électrode) le pH de manière bien plus précise (valeurs de pH à près).

3 - Effet de la dilution sur le pH

Grâce à un ajout d'eau, la dilution permet d'obtenir une solution de concentration inférieure à celle de la solution de départ. A titre d'exemple, la dilution d'une solution d'acide chlorhydrique est représentée sur le schéma suivant (cf. page 3). L'ajout d'eau dans la solution de HCl doit être lent et progressif pour éviter un échauffement de cette solution et la projection de gouttelettes d'acide.
La dilution d'une solution acide provoque une augmentation du pH. En effet, dans cette solution, le nombre d'ions reste le même, mais le nombre de molécules d'eau augmente : la concentration en ions est donc plus faible, entrainant ainsi une élévation du pH. Même si une solution acide est fortement diluée, son pH ne dépassera jamais 7.
De même, la dilution d'une solution basique entrainera une diminution du pH. Dans ce cas, c'est le nombre d'ions hydroxydes qui reste identique tandis que le nombre de molécules d'eau augmente en solution. Même si une solution basique est fortement diluée, son pH ne descendra jamais en dessous de 7.
Les solutions commerciales acides ou basiques sont corrosives lorsqu'elles sont très concentrées. En général, il est donc nécessaire de les diluer pour les manipuler.

II - Action de l'acide chlorhydrique sur le fer

Une solution aqueuse d'acide chlorhydrique contient des ions , responsables de l'acidité, et des ions chlorures . Elle a été obtenue après dissolution d'un gaz, le chlorure d'hydrogène, dans de l'eau. L'acide chlorhydrique concentré est corrosif est capable de réagir avec des métaux, comme le fer. L'expérience suivante a été réalisée : de la poudre de fer a été mise en contact avec quelques millilitres d'une solution de HCl assez concentrée. Après une ou deux minutes, le fer disparait progressivement, le milieu réactionnel se colore légèrement en vert et un dégagement gazeux est observé.
La disparation du fer et l'apparition d'un dégagement gazeux prouvent qu'une réaction chimique a eu lieu dans le tube à essai. Pour connaître la nature des espèces chimiques apparues ou consommées après la réaction, quatre expériences sont réalisées :
  1. Pour identifier le gaz formé, une allumette enflammée est présentée près du tube à essai. Une légère détonation (ou aboiement) a lieu qui est caractéristique de la présence de dihydrogène .
  1. L'ajout de quelques millilitres d'une solution de nitrate d'argent , à la fin de la réaction, provoque l'apparition d'un précipité blanc qui noircit à la lumière. Ce précipité est caractéristique de la présence des ions chlorures.
  1. A la fin de réaction, après l'ajout d'un excès de soude, un précipité vert sombre se forme dans le tube à essai, traduisant la présence d'ions en solution.
  1. Le pH de la solution après réaction est plus haut que celui de l'acide chlorhydrique introduit initialement : une partie des ions a donc disparu.
La réaction chimique entre le fer et l'acide chlorhydrique conduit donc à la formation de dihydrogène et d'ions . De plus, les ions provenant de l'acide chlorhydrique sont toujours en solution après réaction. Le bilan de cette réaction peut donc s'écrire :

En remplaçant chaque composé par sa formule chimique et en équilibrant le bilan précédent, l'équation-bilan de la réaction peut être obtenue (cf. page 5). Au cours de cette réaction, le fer et l'acide chlorhydrique réagissent entre eux et disparaissent : ce sont les réactifs. De nouvelles espèces chimiques apparaissent alors : ce sont les produits. Pour cette réaction, les produits sont le dihydrogène et les ions . Ces derniers vont réagir avec les ions qui sont restés en solution pour former du chlorure de fer (II). Il faut noter que les ions n'interviennent pas dans la réaction ; ils sont présents avant et après la réaction, dans la même quantité : ce sont des ions spectateurs.

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Les avis sur ce document

realight06
5 5 0
20/20

C'est une leçon très imagée et constructive, parfaite pour les revisions du brevet blanc 2017!

par - le 19/04/2017
Aliciadu971
5 5 0
20/20

Merci ce cours m'a vraiment aider pour le brevet blanc .

par - le 05/12/2016

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