Les réactions aux solutions acides
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Introduction :
Nous savons que les solutions acides concentrées sont corrosives, de même que les solutions basiques concentrées.
Une solution acide a une concentration élevée en ions hydrogène $\text{H}^+$ alors qu’une solution basique a une concentration élevée en ions hydroxyde $\text{HO}^-$.
Dans ce cours, nous répondrons à la question suivante :
que peut-il se produire si nous mélangeons une solution acide concentrée avec une solution très basique ou avec de l’eau pure ?
Par ailleurs nous nous intéresserons à la réaction entre une solution acide et certains métaux. En effet, il faut savoir que ces mélanges peuvent être dangereux. C’est pourquoi une solution acide comme le soda n’est jamais au contact direct du métal : l’intérieur de la canette en acier est recouvert d’un vernis protecteur.
Dans un premier temps nous verrons ce qui se produit lors de la réaction entre un acide et de l’eau, puis entre une base et un acide. Enfin, nous étudierons la réaction entre un acide et un métal à partir d’une expérience.
Réaction entre une solution très acide et l’eau
Réaction entre une solution très acide et l’eau
Pour rendre une solution concentrée acide moins corrosive, il est possible de la diluer avec de l’eau pure.
Il faut toutefois prendre certaines précautions :
- utiliser une blouse, des lunettes, des gants et se placer sous une hotte aspirante ;
- ajouter la solution acide dans l’eau et non le contraire car l’eau au contact d’une grande quantité d’acide peut provoquer un échauffement plus ou moins violent qui projette des gouttelettes d’acide.
Cette dilution permet de diminuer la concentration des ions hydrogène $\text{H}^+$ car le volume de solvant (ici l’eau pure) est plus important.
- Au cours de sa dilution, le pH d'une solution acide concentrée augmente et se rapproche de 7. La solution devient donc moins corrosive.
La dilution d’une solution basique concentrée doit se faire avec les mêmes précautions.
- Dans ce cas, au cours de la dilution, le pH de la solution basique diminue et se rapproche aussi de 7.
Nous allons maintenant étudier l’action d’un acide sur une base.
Réaction entre une solution acide et une solution basique
Réaction entre une solution acide et une solution basique
Voyons maintenant comment les ions $\text{HO}^-$ et $\text{H}^+$ réagissent lors d’une réaction acido-basique.
Définition
Réaction acido-basique :
Il s’agit de la réaction qui a lieu lors du mélange entre une solution acide et une solution basique.
Lors d’une réaction entre un acide et une base, on observe que les ions $\text{H}^+$ et $\text{HO}^-$ réagissent selon l’équation ci-dessous.
Autrement dit, l’ion $\text{H}^+$ et l’ion $\text{HO}^-$ forment de l’eau ($\text{H}_2\text{O}$).
- Cela signifie que n’importe quelle réaction acido-basique implique une production d’eau par la présence des ions hydroxyde et hydrogène.
Le pH final du mélange acido-basique se rapproche de 7 si les quantités d’ions $\text{H}^+$ et $\text{HO}^-$ initialement introduites sont équivalentes.
Attention
Si les solutions à mélanger présentent chacune une concentration élevée, la manipulation peut devenir dangereuse. C’est le cas du mélange entre l’acide chlorhydrique et la soude.
Nous allons à présent nous intéresser au mélange entre l’acide chlorhydrique et un métal : le fer.
Action de l’acide chlorhydrique sur le fer
Action de l’acide chlorhydrique sur le fer
Pourquoi les canettes contenant des solutions acides comme le soda sont-elles préalablement enduites d’un vernis sur leur paroi intérieure ? Cette précaution est due à la réaction chimique entre l’acide et les métaux.
Le contact entre l’acide chlorhydrique et le fer, par exemple, déclenche une transformation chimique avec une effervescence qui montre que l’acide attaque le fer car la température augmente. Les produits de la réaction sont le dihydrogène, les ions fer(II) et les ions chlorures que l’on retrouve dans la solution finale de chlorure de fer(II).
Le fer a donc été transformé en ions $\text{Fe}^{2+}$ et les ions $\text{H}^+$ en gaz dihydrogène $\text{H}_2$.
Équation bilan
Équation bilan
Le bilan qui résume cette transformation chimique est le suivant :
$\text{fer} + \text{acide chlorhydrique} \rightarrow \text{dihydrogène} + \text{chlorure de fer(II)}$
Ce qui donne l’équation chimique suivante :
$\text{Fe} + 2\text{H}^+ + 2\text{Cl}^- \rightarrow \text{H}_2 + \text{Fe}^{2+} + 2\text{Cl}^-$
$\text{Fe} + 2 \text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2 + \text{Fe}^{2+}$
Astuce
On peut supprimer les ions chlorures des deux côtés car on s’aperçoit qu’ils ne réagissent pas. Ils sont simplement présents au début et à la fin de la transformation chimique. Ils sont « spectateurs ».
Expérience
Expérience
Nous pouvons retrouver le résultat de cette réaction en réalisant une expérience.
Étape 1 : mélange des réactifs
On verse de l’acide chlorhydrique dans un tube à essai contenant de la poudre de fer. On observe rapidement une effervescence : un dégagement gazeux sous la forme de bulles.
Étape 2 : identification du gaz produit
On approche une allumette enflammée, un « pop » retentit et témoigne de la présence de dihydrogène.
Étape 3 : identification des produits en fin de réaction
- On ajoute de la soude dans le tube à essai. Elle permet de détecter les ions fer(II), $\text{Fe}^{2+}$. Si un précipité vert apparaît, alors on peut déduire leur présence dans la solution finale.
- On ajoute du nitrate d’argent. La solution permet de savoir s’il reste ou non des ions chlorure, $\text{Cl}^-$. Si un précipité blanc apparaît, alors on peut déduire qu’il reste des ions chlorure.
Définition
Précipité :
Un précipité est un corps solide qui se crée suite à une réaction chimique dans une solution aqueuse sous la forme d’une poudre fine ou d’un ensemble de cristaux.
Ces tests montrent que le bilan et l’équation chimique de la réaction sont corrects : en effet, le dihydrogène et les ions présents dans la solution finale de chlorure de fer(II) ont bien été identifiés.
Conclusion :
Dans ce cours, nous avons vu qu’il était possible, en prenant des précautions, de diluer une solution acide concentrée afin de la rendre moins corrosive.
Nous avons également expliqué, grâce à la réaction acido-basique, qu’il était possible de faire réagir un acide sur une base afin d’obtenir une solution neutre.
Enfin, nous avons justifié pourquoi l’intérieur des canettes en acier étaient recouvertes d’un vernis protecteur. Ce vernis évite à la boisson acide de dégrader le métal et de libérer le gaz dihydrogène et la solution de chlorure de fer(II).