Réactions de quelques métaux avec les solutions acides et basiques
Dans les conditions usuelles du cours, l’acide chlorhydrique dilué réagit avec le fer, le zinc et l’aluminium en libérant du dihydrogène H₂, mais pas avec le cuivre. Une solution de soude réagit avec le zinc et l’aluminium, tandis qu’aucune réaction visible n’est attendue avec le fer et le cuivre dans les conditions étudiées.
À la fin de ce chapitre, vous saurez
- Comparer quatre métaux face à deux solutions
- Identifier H₂ et les ions formés
- Écrire un bilan équilibré avec l’acide chlorhydrique
- Relier réactivité et choix d’un récipient
PrérequispH et ions · Tests de reconnaissance · Conservation des atomes et des charges
Un bon cours, ça se partage.
Une solution acide attaque-t-elle tous les métaux ?
Un récipient métallique n’est pas compatible avec n’importe quel liquide. Pour comprendre ce choix, le cours compare les comportements du fer, du zinc, de l’aluminium et du cuivre avec deux solutions définies. Dire seulement « un acide » ou « une base » est insuffisant : la nature de la solution, sa concentration et la température influencent les réactions.
Définition
Acide chlorhydrique en solution : Dans le modèle du cours, la solution d’acide chlorhydrique contient notamment les ions H⁺ et Cl⁻. Les ions H⁺ participent à la réaction étudiée avec certains métaux.
| Métal | Acide chlorhydrique dilué | Solution de soude |
|---|---|---|
| Fer | Réaction, H₂ et ions Fe²⁺ | Pas de réaction visible dans les conditions étudiées |
| Zinc | Réaction, H₂ et ions Zn²⁺ | Réaction avec formation de H₂ |
| Aluminium | Réaction, H₂ et ions Al³⁺ | Réaction avec formation de H₂ |
| Cuivre | Pas de réaction visible dans les conditions étudiées | Pas de réaction visible dans les conditions étudiées |
Attention
Ce tableau ne dit pas que le cuivre est inattaquable par tous les acides. Il concerne les solutions et conditions précisées. La couche d’alumine peut retarder l’observation d’une réaction de l’aluminium.
Que devient le fer dans l’acide chlorhydrique ?
Le métal diminue progressivement et des bulles apparaissent. La solution finale contient des ions fer II, révélés par un précipité vert avec la soude sur un prélèvement. Le métal Fe et l’ion Fe²⁺ ne sont pas la même espèce : une transformation chimique a eu lieu.
Lire le bilan du fer
Le bilan simplifié est Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂.
- Un atome de fer devient un ion fer II.
- Deux ions hydrogène participent à la formation d’une molécule de dihydrogène.
- Les charges valent +2e de chaque côté : la charge et les atomes sont conservés.
Les ions chlorure restent présents avant et après la transformation : ce sont des ions spectateurs dans ce bilan simplifié. Le bilan avec les espèces usuelles s’écrit aussi Fe + 2 HCl → FeCl₂ + H₂. Dans la solution, le chlorure de fer II est décrit par des ions dispersés.
Quels bilans pour le zinc et l’aluminium ?
| Métal | Équation ionique simplifiée |
|---|---|
| Zinc | Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂ |
| Aluminium | 2 Al + 6 H⁺ → 2 Al³⁺ + 3 H₂ |
Méthode
Vérifier une équation
- Compter les atomes du métal de chaque côté.
- Compter les atomes d’hydrogène, en tenant compte de H₂.
- Additionner les charges de chaque côté.
- Modifier uniquement les coefficients si l’équation n’est pas équilibrée.
Contrôle du bilan de l’aluminium
Pourquoi faut-il 6 H⁺ pour 2 Al ?
- Les deux ions Al³⁺ formés portent une charge totale +6e.
- Six H⁺ apportent +6e et six atomes d’hydrogène.
- Ces six atomes forment trois H₂.
Comment identifier le gaz ?
Dans la démonstration scolaire encadrée, le dihydrogène produit une petite détonation caractéristique au contact d’une flamme. Des bulles seules ne suffisent pas à identifier un gaz. Le test à l’eau de chaux appartient au dioxyde de carbone, pas au dihydrogène.
Attention
Le dihydrogène est inflammable. La production et le test du gaz sont réservés à la démonstration du professeur avec les protections et quantités prévues. Ne pas reproduire ces mélanges à la maison, ni fermer un récipient dans lequel du gaz se forme.
Que fait une solution basique ?
La soude contient notamment Na⁺ et HO⁻. Elle peut réagir avec le zinc et l’aluminium en libérant H₂. Le bilan en mots associe métal, hydroxyde de sodium et eau à la formation de dihydrogène et d’espèces dissoutes contenant le métal, souvent nommées zincate ou aluminate dans le bilan scolaire. Les formules détaillées de ces espèces dépendent du modèle utilisé et ne sont pas nécessaires ici.
La soude ne donne pas les mêmes résultats que l’acide chlorhydrique : le fer peut réagir avec ce dernier tout en ne montrant aucune attaque observable par la soude dans le test du cours. Il faut lire la ligne du métal et la colonne de la solution ensemble.
Comment choisir un récipient ?
On choisit un matériau compatible avec le produit et ses conditions d’usage. L’aluminium ne convient pas à un contact arbitraire avec une solution fortement basique. Le fait qu’un métal ne réagisse pas dans un test court ne valide pas tous ses usages alimentaires ou industriels. Pour un produit réel, les indications du fabricant restent déterminantes.
Questions fréquentes
Quels métaux réagissent avec l’acide chlorhydrique en 3AC ?
Quelle équation pour le fer avec l’acide chlorhydrique ?
Quels métaux réagissent avec la soude ?
Comment reconnaître le dihydrogène ?
Quiz : 12 questions sur ce chapitre
12 questions tirées au hasard parmi les 12 de ce chapitre : le quiz est différent à chaque visite. Une seule réponse est correcte, et vous voyez immédiatement si la vôtre l'est.
Q1HCl dilué réagit avec…
Réponse incorrecte
Le fer est attaqué dans les conditions usuelles du cours.
Bonne réponse : le fer
Le fer est attaqué dans les conditions usuelles du cours.
Q2Le gaz formé est…
Réponse incorrecte
Le dihydrogène est produit par les réactions étudiées.
Bonne réponse : H₂
Le dihydrogène est produit par les réactions étudiées.
Q3Le fer forme ici…
Réponse incorrecte
Le test à la soude donne alors un précipité vert.
Bonne réponse : Fe²⁺
Le test à la soude donne alors un précipité vert.
Q4Cl⁻ joue le rôle…
Réponse incorrecte
Il reste en solution avant et après le bilan net.
Bonne réponse : d’ion spectateur
Il reste en solution avant et après le bilan net.
Q5Zn exige combien de H⁺ dans le bilan ?
Réponse incorrecte
Zn + 2 H⁺ conserve atomes et charges.
Bonne réponse : 2
Zn + 2 H⁺ conserve atomes et charges.
Q6Deux Al donnent…
Réponse incorrecte
Six hydrogènes se regroupent en trois molécules H₂.
Bonne réponse : trois H₂
Six hydrogènes se regroupent en trois molécules H₂.
Q7La soude réagit avec…
Réponse incorrecte
Ce sont les deux métaux réactifs du tableau scolaire.
Bonne réponse : zinc et aluminium
Ce sont les deux métaux réactifs du tableau scolaire.
Q8Des bulles suffisent-elles à identifier H₂ ?
Réponse incorrecte
Il faut un test adapté, réalisé dans un cadre sécurisé.
Bonne réponse : Non
Il faut un test adapté, réalisé dans un cadre sécurisé.
Q9Le test de H₂ est réalisé…
Réponse incorrecte
Le gaz inflammable nécessite un encadrement.
Bonne réponse : par le professeur selon le protocole
Le gaz inflammable nécessite un encadrement.
Q10L’alumine peut…
Réponse incorrecte
La couche de surface limite d’abord le contact.
Bonne réponse : retarder la réaction de l’aluminium
La couche de surface limite d’abord le contact.
Q11La charge de 2 Al³⁺ vaut…
Réponse incorrecte
Deux ions de charge +3e donnent +6e.
Bonne réponse : +6e
Deux ions de charge +3e donnent +6e.
Q12Le tableau permet…
Réponse incorrecte
La nature et la concentration de la solution limitent la conclusion.
Bonne réponse : de comparer des conditions définies
La nature et la concentration de la solution limitent la conclusion.
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Le chapitre est à revoir en entier
Ne recommencez pas le quiz tout de suite : relisez d'abord tout le cours, en refaisant sur votre cahier chaque exemple guidé au lieu de le lire. Enchaînez avec les exercices « facile », correction masquée, puis revenez ici. C'est en une seule séance de travail que la note change.
À revoir : 12 questions manquées
HCl dilué réagit avec…
Bonne réponsele fer
Le fer est attaqué dans les conditions usuelles du cours.
Le gaz formé est…
Bonne réponseH₂
Le dihydrogène est produit par les réactions étudiées.
Le fer forme ici…
Bonne réponseFe²⁺
Le test à la soude donne alors un précipité vert.
Cl⁻ joue le rôle…
Bonne réponsed’ion spectateur
Il reste en solution avant et après le bilan net.
Zn exige combien de H⁺ dans le bilan ?
Bonne réponse2
Zn + 2 H⁺ conserve atomes et charges.
Deux Al donnent…
Bonne réponsetrois H₂
Six hydrogènes se regroupent en trois molécules H₂.
La soude réagit avec…
Bonne réponsezinc et aluminium
Ce sont les deux métaux réactifs du tableau scolaire.
Des bulles suffisent-elles à identifier H₂ ?
Bonne réponseNon
Il faut un test adapté, réalisé dans un cadre sécurisé.
Le test de H₂ est réalisé…
Bonne réponsepar le professeur selon le protocole
Le gaz inflammable nécessite un encadrement.
L’alumine peut…
Bonne réponseretarder la réaction de l’aluminium
La couche de surface limite d’abord le contact.
La charge de 2 Al³⁺ vaut…
Bonne réponse+6e
Deux ions de charge +3e donnent +6e.
Le tableau permet…
Bonne réponsede comparer des conditions définies
La nature et la concentration de la solution limitent la conclusion.
Exercices corrigés
10 exercices classés du plus simple au plus difficile. Cherchez d'abord seul, puis révélez la correction rédigée étape par étape.
Exercice 1
FacileQuels métaux parmi Fe, Zn, Al et Cu réagissent avec HCl dilué ?
Correction
Le fer, le zinc et l’aluminium. Le cuivre ne montre pas de réaction dans les conditions du cours.
Exercice 2
FacileLe test encadré donne une petite détonation. Quel gaz est identifié ?
Correction
Le dihydrogène H₂. L’observation de bulles seule n’aurait pas suffi.
Exercice 3
FacileAprès action de HCl sur le fer, un prélèvement donne vert avec la soude. Nomme l’ion.
Correction
Il s’agit de Fe²⁺, ion fer II. Le précipité vert distingue ce cas de Fe³⁺.
Exercice 4
MoyenPourquoi Cl⁻ n’apparaît-il pas dans Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂ ?
Correction
Il reste présent avant et après sans participer au bilan net étudié : c’est un ion spectateur.
Exercice 5
MoyenComplète Zn + … H⁺ → Zn²⁺ + H₂.
Correction
Il faut 2 H⁺ : deux hydrogènes et une charge +2e se retrouvent de chaque côté.
Exercice 6
MoyenVérifie 2 Al + 6 H⁺ → 2 Al³⁺ + 3 H₂.
Correction
On compte deux Al et six H de chaque côté. La charge vaut +6e à gauche et +6e à droite.
Exercice 7
MoyenUn métal réagit avec HCl mais pas avec la soude dans le tableau. Lequel ?
Correction
Le fer. Le zinc et l’aluminium réagissent dans les deux colonnes ; le cuivre dans aucune.
Exercice 8
MoyenCorrige : « Le cuivre ne réagit jamais avec un acide. »
Correction
Le cuivre ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique dilué dans les conditions étudiées. On ne généralise pas à tous les acides et milieux.
Exercice 9
DifficileA réagit avec HCl et la soude ; il n’est pas attiré par un aimant. Peut-on distinguer zinc et aluminium ?
Correction
Non. Ces indices sont compatibles avec les deux. On peut comparer leur masse volumique sur un échantillon connu ou utiliser un protocole complémentaire.
Exercice 10
DifficileL’aluminium ne produit pas immédiatement de bulles dans un test. Pourquoi ce délai ne prouve-t-il pas l’absence de réaction possible ?
Correction
La couche d’alumine peut limiter temporairement le contact de la solution avec le métal.
L’état de surface et les conditions expérimentales comptent. Il faut observer selon le protocole et éviter une conclusion universelle.