OTM11 - ACIDES, METAUX ET TRANSFORMATIONS CHIMIQUES

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Attendus de fin de cycle Décrire et expliquer des transformations chimiques

Chimie Organisation et Transformations de la Matière #11

Le lac de cratère du Kawah Ijen, en indonésie. Ce lac est considéré comme étant le plus acide du monde avec un pH se situant autour de 0,2.

Chapitre OTM11 Acides, métaux et transformations chimiques

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Les activités expérimentales ou documentaires réalisées en classe, les bilans à recopier et à apprendre avec les notions-clés du chapitre

Index

Activité 1

Bilan 3

Bilan 4

Bilan 2

Bilan 1

Activité 3

Activité 2

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Activité 1

• La corrosion d'un métal dans l’air est la transformation chimique de ce métal au contact du dioxygène.
• Dans le cas du fer, le bilan de cette transformation s’écrit :fer + dioxygène → oxyde de fer.

• L’équation de réaction qui modélise la transformation s’écrit 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3.
• Le zinc, l’aluminium et le cuivre se corrodent au contact du dioxygène de l’air mais cette corrosion n’attaque que la surface du métal sur lequel se forme une couche d’oxyde. L’or est un des rares métaux à ne subir aucune corrosion.

1. Corrosion d’un métal dans l’air

⌚🧪 Différence entre transformations physique et chimique

Cette vidéo flash présente la différence entre une transformation physique et une transformation chimique. Des analogies avec la vie quotidienne sont proposées pour permettre une meilleure compréhension de ces deux notions.

Vidéo

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Activité 2

• Mélanger des solutions diluées d’acide chlorhydrique (H+ + Cl−) et de soude (Na+ + HO−) donne une solution dont le pH est plus proche de 7 que celui des solutions de départ.
• Les ions hydrogène H+ de l’une et hydroxyde HO− de l’autre sont consommés alors que les ions chlorure Cl− et les ions sodium Na+ ne réagissent pas.
• On dit que les espèces chimiques qui ne participent pas à la transformation sont « spectatrices ». La transformation chimique qui a lieu est donc modélisée par l’équation de réaction : HO− + H+ → H2O.
• Le pH final est proche de 7 si les quantités d’ions H+ et HO− initialement introduites sont proches.
• La réaction entre une solution acide et une solution basique est une réaction acidobasique.

2. Réaction acide-base

⌚🧪 Réaction chimique entre un acide et une base

Cette vidéo flash permet de bien comprendre la transformation chimique qui a lieu entre un acide (acide chlorhydrique, HCl) et une base (hydroxyde de sodium ou soude, NaOH) à l'aide notamment des animations à l'échelle microscopique. Il est également fait allusion à la valeur du pH de la solution finale obtenue après le mélange.

Vidéo

🧪 Réaction chimique entre un acide et une base

Cette vidéo traite des réactions chimiques entre une solution acide (acide chlorhydrique) et une solution basique (hydroxyde de sodium). Elle fait également allusion à l'évolution du pH suite au mélange de ces deux solutions.

Vidéo

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Activité 3

• Dans de nombreux cas, les solutions acides dégradent les métaux.
• Le contact entre l’acide chlorhydrique et le fer déclenche une transformation chimique. La température augmente et deux nouveaux corps apparaissent : le dihydrogène gazeux H2 et l’ion fer II (ou ion ferreux) Fe2+.
• L’équation de réaction simplifiée qui modélise la transformation s’écrit : 2 H+ + Fe → H2 + Fe2+.
• D’autres métaux, comme le zinc ou l’aluminium, réagissent également avec l’acide chlorhydrique, contrairement au cuivre et à l’or.

3. Réaction acide-métal

⌚🧪 Réaction chimique entre un acide et un métal

Cette vidéo flash permet de bien comprendre la transformation chimique qui a lieu entre un acide (l'acide chlorhydrique) et un métal (le fer) mais aussi l'équation de réaction qui en découle. Une animation permet de bien visualiser la réaction chimique. En fin de vidéos il est question d'autres métaux (or, plomb, argent, cuivre...).

Vidéo

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Activité 4

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• La masse volumique ρ d'une substance correspond à sa masse m (exprimée en kg) divisée par son volume V (exprimé en m3). Sa formule scientifique est : 𝜌 = 𝑚 ÷ 𝑉.
• Dans le système international, la masse volumique a pour unité le kilogramme par mètre cube (kg/m3). Elle est parfois exprimée en kg/L, en g/mL ou en g/cm3.
• Chaque métal corps pur a une masse volumique qui lui est propre : cette grandeur permet donc de l’identifier.

4. Identification d’un métal par sa masse volumique

Physique-chimie ‖ Collège

🧪 La masse volumique

Cette vidéo aborde la notion de masse volumique en expliquant notamment sa signification, en présentant la formule permettant de la calculer mais aussi en discutant de son utilité en science, le tout en se basant sur un exemple : l'eau.

Vidéo

" Quel constituant de l’air est responsable de la corrosion du fer ?"

De nombreux objets utilisés dans notre quotidien sont constitués entièrement ou partiellement de métaux. Tous les métaux ne résistent pas de la même façon à l'usure du temps mais tout objet en fer, laissé au contact de l’air, s’oxyde jusqu’à sa disparition.

La corrosion du fer

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Fig. 1b & 2b

Fig. 1a & 2a

Matériel

Expériences de corrosion du fer

Protocole expérimental

Etape 4

Attendre une semaine et observer.

Etape 3

Introduire 250 mL d'air dans l’éprouvette A et 250 mL de dioxygène dans l’éprouvette Bpar déplacement d’eau.

Boucher chaque éprouvette avec la main et les retourner dans les cristallisoirs contenant de l’eau.

Placer de la paille de fer au fond de chaque éprouvette graduée, puis les remplir d’eau.

Etape 2

Etape 1

Fig. 2b : Fin de l'expérience (une semaine après)

Fig. 2a : Début de l'expérience

L'éprouvette B contient du fer et du dioxygène

Fig. 1b : Fin de l'expérience (une semaine après)

Expériences de corrosion du fer

Observations

Fig. 1a : Début de l'expérience

L'éprouvette A contient du fer et de l'air

Comportement des métaux dans l'air

Comparaison

Les mêmes objets métalliques après quelques semaines de contact avec l'air

Différents objets métalliques à l'état neuf

"Comment neutraliser une solution acide ou basique ?"

Presque tous les procédés industriels de fabrication engendrent des solutions acides ou basiques. D’une façon générale, les solutions trop acides ou basiques entraînent la corrosion des matériaux de construction courants, provoquent la mort de la faune et de la flore de nos milieux naturels (rivières et lacs), et affectent les procédés d’épuration biologique de nos stations de traitement des eaux. Avant rejet dans le milieu naturel, ces solutions doivent donc subir un traitement chimique pour ramener leur pH autour de 7.

Neutralisation d'une solution

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Précautions

Observations

Matériel

Réaction acide-base

Protocole expérimental

Etape 3

Déterminer le pH de la solution obtenue, ainsi que sa température.

Verser avec précaution la soude dans le bécher contenant l'acide chlorhydrique.

Mesurer la température des solutions acide chlorhydrique et de soude, puis déterminer leur pH.

Etape 2

Etape 1

Réaction acide-base

Observations

Détermination du pH et mesure de la température après avoir versé la solution de soude dans la solution d'acide chlorhydrique

Mesure de la température et détermination du pH des solutions de soude (à gauche) et d'acide chlorhydrique (à droite)

Etape 3

Etape 1

DEMARRER

"Que se passe-t-il lorsqu'on met en contact du fer et de l'acide chlorhydrique ?"

Les solutions acides sont connues pour leurs propriétés corrosives. Elles sont stockées dans des récipients en verre ou en matière plastique mais ne sont jamais stockées dans des récipients métalliques, notamment des récipients en fer.

Réaction entre le fer et un acide

Je porte des lunettes de protection , j'utilise de petites quantités et je me lave les mains après manipulation.

Pictogrammes de sécurité

Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets néfastes à long terme.

Nitrate d'argent en solution

Provoque de graves brûlures de la peau et de graves lésions des yeux.

Acide chlorhydrique

Identification des dangers

Mesure de pH et de température. Identification du dihydrogène et des ions présents.

Réaction entre l'acide chlorhydrique et le fer

Mis en contact, le fer et l'acide chlorhydrique se transforment pour donner des chlorures ferreux et du dihydrogène. De nombreux métaux peuvent être dégradés par les solutions acides.

Les réactions acidobasiques modélisent les réactions entre les solutions acides et les solutions basiques. Les réactifs, l'ion hydrogène et l'ion hydroxyde, se combinent pour former une molécule d'eau.

La corrosion du fer est une transformation chimique qui donne de la rouille. Le dioxygène est responsable de la corrosion du fer.

# 1

# 4

# 3

On peut calculer la masse volumique d'une substance dont on connait la masse et le volume, grâce à la relation 𝜌 = 𝑚 ÷ 𝑉. L'unité du résultat dépend de celles des données.

# 2

Chapitre OTM11 - Acides, métaux et transformations chimiques

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