Sciences · Chimie
Action des acides sur les métaux
Une solution acide, comme l’acide chlorhydrique, attaque certains métaux (fer, zinc, aluminium, magnésium) : le métal disparaît, il se forme des ions métalliques et un gaz, le dihydrogène.
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Pourquoi ne faut-il pas conserver de jus de citron dans une boîte de conserve ouverte, ni verser un détartrant acide sur une surface en zinc ? Parce que les acides attaquent de nombreux métaux. Cette réaction, étudiée en 3e en France, est un bel exemple de transformation chimique : on identifie le gaz formé et les ions apparus, puis on écrit l’équation. Au lycée, on la réinterprète comme une oxydoréduction.
L’expérience de base : fer et acide chlorhydrique
Matériel : un tube à essais, de la limaille de fer ou un petit clou dégraissé, de l’acide chlorhydrique dilué (environ 1 à 2 mol/L), un bouchon non hermétique, une allumette, de la soude diluée, lunettes, gants et blouse.
- Placer un peu de limaille de fer au fond du tube et ajouter 2 à 3 mL d’acide chlorhydrique dilué.
- Observer : un dégagement gazeux (effervescence) se produit, le fer disparaît peu à peu, la solution devient vert pâle, et le tube s’échauffe légèrement.
- Recueillir le gaz dans un second tube retourné et approcher une flamme : légère détonation. C’est du dihydrogène H₂.
- Prélever un peu de la solution obtenue, ajouter quelques gouttes de soude : un précipité vert apparaît. La solution contient des ions fer (II) Fe²⁺.
Les tests sont détaillés dans tests de reconnaissance chimiques et tests de reconnaissance des ions.
Le bilan et l’équation
| Réactifs | Produits |
|---|---|
| Fer Fe (solide) | Ions fer (II) Fe²⁺ (en solution) |
| Ions hydrogène H⁺ (apportés par l’acide) | Dihydrogène H₂ (gaz) |
Les ions chlorure Cl⁻ de l’acide chlorhydrique ne réagissent pas : un test au nitrate d’argent montre qu’ils sont toujours présents à la fin. Ce sont des ions spectateurs.
Équation de la réaction :
Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂
On vérifie qu’elle est équilibrée : 1 atome de fer et 2 atomes d’hydrogène de chaque côté ; charges +2 à gauche et +2 à droite. Voir équilibrer une équation chimique.
La mesure du pH montre que la solution devient moins acide au cours de la réaction : les ions H⁺ sont consommés et le pH augmente.
Les autres métaux
| Métal | Réaction avec l’acide chlorhydrique dilué | Équation |
|---|---|---|
| Magnésium Mg | Très vive | Mg + 2 H⁺ → Mg²⁺ + H₂ |
| Zinc Zn | Nette | Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂ |
| Aluminium Al | Lente à démarrer (couche protectrice d’oxyde), puis vive | 2 Al + 6 H⁺ → 2 Al³⁺ + 3 H₂ |
| Fer Fe | Modérée | Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂ |
| Cuivre Cu | Aucune réaction | — |
| Argent, or | Aucune réaction | — |
Le cuivre, l’argent et l’or ne réagissent pas avec l’acide chlorhydrique : ce sont des métaux dits nobles ou peu réactifs. C’est l’une des raisons pour lesquelles l’or et l’argent traversent les siècles sans s’altérer. Voir zinc, cuivre et métaux.
L’interprétation au lycée : une oxydoréduction
Le métal cède des électrons : il est oxydé (Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻). Les ions H⁺ captent ces électrons : ils sont réduits (2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂). La réaction met en jeu les couples Fe²⁺/Fe et H⁺/H₂. Plus un métal est réducteur, plus il réagit facilement avec les acides. Voir oxydoréduction.
Dans la vie courante
- Un détartrant acide abîme les robinets chromés usés, l’aluminium et le zinc ; on suit les indications du fabricant.
- Les aliments acides (tomate, citron, vinaigre) peuvent attaquer certains contenants métalliques non protégés : les boîtes de conserve sont revêtues intérieurement d’un vernis.
- La pluie acide accélère la corrosion des métaux et des toitures en zinc (voir corrosion et rouille).
- Le dihydrogène produit industriellement provient surtout d’autres procédés (vaporeformage du gaz naturel, électrolyse), mais cette réaction servait autrefois à gonfler les ballons.
Erreurs fréquentes
- Dire que le fer « fond » ou « se dissout » : il réagit chimiquement et se transforme en ions Fe²⁺.
- Écrire que le gaz est du dioxygène ou du chlore : c’est du dihydrogène, identifié par sa détonation.
- Faire figurer les ions Cl⁻ dans l’équation : ils sont spectateurs.
- Croire que tous les métaux réagissent : le cuivre ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique.
- Oublier l’équilibrage des charges.
Exercice corrigé
Énoncé. On verse de l’acide chlorhydrique dilué sur du zinc. 1) Quels sont les produits ? 2) Écrire l’équation. 3) Quel test prouve la formation d’ions zinc ? 4) Comment évolue le pH ? 5) Que se passerait-il avec du cuivre ?
Corrigé.
- Du dihydrogène (gaz) et des ions zinc Zn²⁺ en solution.
Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂.- Avec quelques gouttes de soude, un précipité blanc d’hydroxyde de zinc apparaît.
- Il augmente, car les ions H⁺ sont consommés.
- Rien : le cuivre ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique.
Questions fréquentes
Pourquoi le cuivre réagit-il avec l’acide nitrique mais pas avec l’acide chlorhydrique ?
Parce que l’acide nitrique contient l’ion nitrate, un oxydant puissant, capable d’oxyder le cuivre. La réaction ne produit alors pas de dihydrogène mais des oxydes d’azote, toxiques. C’est une réaction réservée aux laboratoires équipés.
La solution obtenue avec le fer reste-t-elle verte ?
À l’air, les ions fer (II) s’oxydent lentement en ions fer (III), et la solution peut jaunir avec le temps.
Les acides attaquent-ils aussi le calcaire ?
Oui, mais c’est une autre réaction : le calcaire (carbonate de calcium) dégage du dioxyde de carbone, et non du dihydrogène. C’est le principe des détartrants.