Physique-Chimie

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Exercice : Acide Chlorhydrique et Fer

Réaction entre l’Acide Chlorhydrique et le Fer

Contexte : Les acidesSolutions contenant des ions hydrogène (H⁺) et ayant un pH inférieur à 7. et les métaux.

En chimie, il est courant d'observer les réactions entre différentes substances. L'une des réactions classiques étudiées en classe de troisième est celle entre un acide puissant, l'acide chlorhydrique, et un métal commun, le fer. Cette réaction est un exemple parfait de transformation chimique où les réactifsSubstances qui sont consommées lors d'une transformation chimique. (l'acide et le fer) disparaissent pour former de nouveaux produitsSubstances qui sont formées lors d'une transformation chimique..

Remarque Pédagogique : Cet exercice va vous apprendre à identifier les signes d'une réaction chimique, à nommer les réactifs et les produits, et surtout à écrire et équilibrer une équation-bilanReprésentation symbolique d'une réaction chimique qui respecte la conservation des atomes et des charges.. Vous apprendrez aussi à identifier les ions présents en solution.


Objectifs Pédagogiques

  • Identifier les réactifs et les produits d'une transformation chimique.
  • Savoir qu'une solution d'acide chlorhydrique contient des ions H⁺ et Cl⁻.
  • Mettre en évidence le gaz dihydrogène (H₂) produit.
  • Mettre en évidence les ions fer(II) (Fe²⁺) produits.
  • Écrire et ajuster l'équation-bilan de la réaction.

Données de l'étude

On verse quelques millilitres d'une solution d'acide chlorhydrique dans un tube à essai contenant de la poudre de fer.

Fiche Technique
Caractéristique Valeur
Réactif 1 (Métal) Fer (poudre)
Réactif 2 (Solution) Acide Chlorhydrique
Formule du Fer \(\text{Fe}\)
Ions dans l'acide \(\text{H}^+\) (ion hydrogène) et \(\text{Cl}^-\) (ion chlorure)
Schéma de l'Expérience
Fer (Fe) Acide Chlorhydrique (H+ + Cl-) Gaz (H2)

Questions à traiter

  1. Quelles sont les deux observations principales de cette expérience ?
  2. Quel est le nom du gaz produit ? Proposez un protocole de test pour l'identifier.
  3. Écrivez l'équation-bilan de la réaction chimique entre le fer et l'acide chlorhydrique.
  4. Un ion fer(II) (\(\text{Fe}^{2+}\)) est également produit. Comment peut-on le mettre en évidence en solution ?
  5. L'ion chlorure (\(\text{Cl}^-\)) participe-t-il à la réaction ? Comment appelle-t-on ce type d'ion ?

Les bases sur Atomes, Ions et Acides

Pour comprendre cette réaction, il faut maîtriser quelques concepts clés de chimie.

1. Atomes et Ions
Un atomeLa plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est électriquement neutre. est électriquement neutre (autant de protons positifs que d'électrons négatifs). Un ionUn atome (ou groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, lui donnant une charge électrique. est un atome qui a perdu ou gagné des électrons.

  • S'il perd des électrons, il devient positif (un cation). Ex: \(\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^-\)
  • S'il gagne des électrons, il devient négatif (un anion). Ex: \(\text{Cl} + 1e^- \rightarrow \text{Cl}^-\)

2. Solutions Acides (pH)
Une solution est acideUne solution dont le pH est inférieur à 7. Elle contient plus d'ions H⁺ que d'ions OH⁻. si son pH est inférieur à 7. Toutes les solutions acides contiennent des ions hydrogène \(\text{H}^+\) (responsables de l'acidité). L'acide chlorhydrique \(\text{(HCl)}\) dans l'eau se dissocie totalement en ions \(\text{H}^+\) et \(\text{Cl}^-\).

3. Conservation lors d'une Réaction
Lors d'une réaction chimique, il y a conservation des éléments chimiques et conservation de la charge électrique. C'est pour cela qu'on doit "équilibrer" ou "ajuster" une équation-bilan. \[ \text{Réactifs} \rightarrow \text{Produits} \] Le nombre de chaque atome (ex: Fer, Hydrogène, Chlore) doit être le même à gauche et à droite. La charge totale doit aussi être la même.


Correction : Réaction entre l’Acide Chlorhydrique et le Fer

Question 1 : Quelles sont les deux observations principales de cette expérience ?

Principe

Une transformation chimique est souvent visible par nos sens. On cherche à identifier les changements manifestes qui prouvent que les substances initiales (réactifs) ne sont plus les mêmes à la fin (produits).

Mini-Cours

Signes d'une Transformation Chimique : Les indices les plus courants qu'une réaction a eu lieu sont :

  • Dégagement gazeux : Formation de bulles (effervescence).
  • Changement de couleur : La solution ou le solide change d'aspect.
  • Formation d'un précipité : Apparition d'un solide insoluble dans la solution.
  • Changement de température : Le récipient chauffe (exothermique) ou refroidit (endothermique).
  • Changement d'odeur ou émission de lumière sont aussi possibles.
Observer attentivement permet de collecter des informations sur la nature de la transformation.

Schéma (Observation)

Ce schéma illustre les observations clés dans le tube à essai pendant la réaction.

Observations de la réaction
Fer (réagit) Solution verdâtre (Ions Fe2+) Bulles (Gaz H2)
Réflexions

En ajoutant l'acide chlorhydrique (solution incolore) sur le fer (solide gris), on voit immédiatement deux choses : des bulles de gaz se forment au contact du métal et remontent (c'est l'effervescence), et la solution devient progressivement verdâtre. De plus, on constate que la quantité de poudre de fer diminue, indiquant qu'elle est consommée. Ces changements visibles sont la preuve qu'une transformation chimique est en cours.

Points de vigilance

Il est important d'être précis dans ses observations :

  • Mentionner "effervescence" ou "dégagement gazeux" plutôt que juste "bulles".
  • Préciser la couleur initiale (incolore) et finale (verdâtre) de la solution.
  • Noter aussi la disparition d'un réactif solide (le fer).
Ne pas confondre avec une dissolution : le fer ne se dissout pas simplement dans l'acide, il réagit chimiquement pour former de nouvelles substances.

Points à retenir

Les observations clés qui prouvent la réaction chimique sont :

  • Effervescence : Indique la production d'un gaz.
  • Changement de couleur (verdâtre) : Indique la formation d'une nouvelle espèce chimique en solution (ions fer II).
  • Disparition du solide : Indique que le fer est un réactif consommé.

Résultat Final
Les deux observations principales sont un dégagement gazeux (effervescence) et un changement de couleur de la solution qui devient verdâtre. On observe aussi la disparition progressive du fer solide.
A vous de jouer

Si on mettait du cuivre à la place du fer dans l'acide chlorhydrique, observerait-on une effervescence ? (Indice : le cuivre est moins réactif que le fer).

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 1 :

  • Concept : Signes visibles d'une réaction chimique.
  • Observations clés : Gaz (bulles), Couleur verte, Disparition du solide Fe.

Question 2 : Quel est le nom du gaz produit ? Proposez un protocole de test pour l'identifier.

Principe

L'effervescence observée indique la production d'un gaz. Pour savoir de quel gaz il s'agit parmi les plus courants (dihydrogène, dioxygène, dioxyde de carbone), on réalise un test d'identification spécifique basé sur une propriété caractéristique de ce gaz.

Mini-Cours

Tests d'identification des gaz courants (Niveau 3ème) :

  • Dihydrogène (\(\text{H}_2\)) : Produit une petite détonation ("pop") à l'approche d'une flamme (car il est inflammable et réagit avec le dioxygène de l'air).
  • Dioxygène (\(\text{O}_2\)) : Ravive une bûchette incandescente (presque éteinte) car il est comburant (aide à brûler).
  • Dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\)) : Trouble l'eau de chaux (formation d'un précipité blanc de carbonate de calcium).
La réaction entre un acide et un métal comme le fer produit typiquement du dihydrogène.

Schéma (Protocole de test)

Voici le protocole illustré pour tester le dihydrogène.

Test d'identification du Dihydrogène
Réaction FLAMME POP !
Réflexions

Sachant que la réaction implique un acide (\(\text{H}^+\)) et du fer (\(\text{Fe}\)), le gaz le plus probable est le dihydrogène (\(\text{H}_2\)). Pour le confirmer, on réalise le test caractéristique :
Protocole :

  1. Laisser la réaction se produire dans le tube à essai en le bouchant avec le pouce pendant quelques secondes pour piéger le gaz.
  2. Préparer une allumette enflammée.
  3. Retirer rapidement le pouce et approcher immédiatement la flamme de l'ouverture du tube.
  4. Écouter le bruit produit.
Si on entend une petite détonation ("pop"), cela confirme que le gaz est bien du dihydrogène.

Points de vigilance

  • Sécurité : Manipuler la flamme avec précaution. La détonation est petite mais réelle.
  • Rapidité : Le dihydrogène est très léger et s'échappe vite. Il faut approcher la flamme dès que l'on débouche le tube.
  • Quantité : S'il n'y a pas assez de gaz accumulé, le "pop" peut être très faible ou absent. Laisser réagir un peu plus longtemps si nécessaire.
  • Ne pas confondre les tests : Une bûchette incandescente ou de l'eau de chaux ne donneraient aucun résultat visible avec le dihydrogène.

Points à retenir

  • Le gaz dégagé par la réaction entre le fer et l'acide chlorhydrique est le dihydrogène (\(\text{H}_2\)).
  • Le test d'identification consiste à approcher une flamme.
  • Le résultat positif est une petite détonation ("pop").

Astuces

Mémoriser les trois tests de gaz (H₂, O₂, CO₂) est essentiel en 3ème. Le "pop" du dihydrogène est facile à retenir car H₂ est le seul de ces trois gaz qui soit (dangereusement) explosif en mélange avec l'air.

Résultat Final
Le gaz produit est du dihydrogène (\(\text{H}_2\)). On l'identifie en approchant une flamme de l'ouverture du tube : une petite détonation ("pop") se produit.
A vous de jouer

Si le gaz avait ravivé une bûchette incandescente, quel gaz aurait-il été ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 2 :

  • Gaz produit : Dihydrogène (\(\text{H}_2\)).
  • Test spécifique : Flamme \(\rightarrow\) "POP".

Question 3 : Écrivez l'équation-bilan de la réaction chimique entre le fer et l'acide chlorhydrique.

Principe

L'équation-bilan est le "résumé" symbolique de la transformation chimique. Elle utilise les formules chimiques pour montrer ce qui réagit (réactifs à gauche) et ce qui est formé (produits à droite), en respectant la loi fondamentale de la chimie : "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" (conservation des atomes et des charges).

Mini-Cours

Équilibrer une équation-bilan, c'est s'assurer qu'il y a exactement le même nombre de chaque type d'atome de chaque côté de la flèche. On ajuste pour cela les nombres placés devant les formules (les coefficients stœchiométriques). Il faut aussi vérifier que la charge électrique totale est la même de chaque côté.

Remarque Pédagogique

Pour équilibrer, commencez par les atomes autres que H et O. Ensuite, équilibrez les H, puis les O (s'il y en a). Enfin, vérifiez toujours la conservation de la charge électrique totale. N'oubliez pas les ions spectateurs : ils n'apparaissent pas dans l'équation-bilan simplifiée car ils ne sont pas modifiés.

Normes

En chimie, on utilise des conventions d'écriture : les réactifs sont à gauche, les produits à droite, séparés par une flèche (\(\rightarrow\)). Les formules chimiques respectent des règles précises (ex: \(\text{H}_2\) pour le dihydrogène). L'état physique est parfois indiqué entre parenthèses : (s) pour solide, (l) pour liquide, (g) pour gaz, (aq) pour aqueux (dissous dans l'eau).

Formule(s)

Formules des espèces impliquées

\[ \begin{aligned} \text{Fer (métal)} &: \text{Fe} \\ \text{Ion hydrogène} &: \text{H}^+ \\ \text{Ion chlorure} &: \text{Cl}^- \quad \text{(spectateur)}\\ \text{Dihydrogène (gaz)} &: \text{H}_2 \\ \text{Ion fer(II) (ion verdâtre)} &: \text{Fe}^{2+} \end{aligned} \]
Hypothèses

On écrit l'équation dite "ionique", qui ne montre que les espèces qui réagissent réellement. L'ion chlorure \(\text{Cl}^-\) est présent au début (avec \(\text{H}^+\)) et à la fin (avec \(\text{Fe}^{2+}\)) sans changer, c'est donc un ion spectateurIon présent en solution mais qui ne participe pas à la réaction chimique.. On ne le fait pas apparaître dans l'équation-bilan simplifiée pour se concentrer sur la transformation essentielle.

Donnée(s)

Les données pour cette question sont les formules chimiques des réactifs (Fer \(\text{Fe}\), ion hydrogène \(\text{H}^+\)) et des produits identifiés (Dihydrogène \(\text{H}_2\), ion fer(II) \(\text{Fe}^{2+}\)).

Astuces

Vérifiez que les indices dans les formules (\(_{2}\) dans \(\text{H}_2\)) ne sont jamais modifiés lors de l'équilibrage. On ne modifie que les coefficients placés devant les formules. Ajouter l'état physique ((s), (aq), (g)) rend l'équation plus complète.

Schéma (Avant les calculs)

Visualisons les espèces de l'équation non équilibrée (Étape 1). On voit qu'il manque un atome 'H' et que les charges ne sont pas égales.

Bilan (Avant Équilibrage) Réactifs Fe (1 atome) H+ (1 ion) Produits Fe2+ (1 ion) H H (1 H2) Déséquilibre (H et Charge)
Calcul(s)

Étape 1 : Écrire les réactifs et les produits (sans équilibrer)

\[ \text{Fe} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2 \]

Étape 2 : Équilibrer les atomes (conservation de la matière)

- Atomes de Fer (Fe) : 1 à gauche, 1 à droite \(\rightarrow\) OK.
- Atomes d'Hydrogène (H) : 1 à gauche (dans H⁺), 2 à droite (dans \(\text{H}_2\)). Il faut donc mettre un coefficient 2 devant \(\text{H}^+\) à gauche.

\[ \text{Fe} + \mathbf{2}\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2 \]

Étape 3 : Vérifier l'équilibre des charges électriques (conservation de la charge)

On vérifie que la charge totale est la même des deux côtés de l'équation équilibrée : \(\text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\)

\[ \begin{aligned} \text{Charge (Gauche)} &: (0) + 2 \times (+1) = \mathbf{+2} \\ \text{Charge (Droite)} &: (+2) + (0) = \mathbf{+2} \\ \text{Bilan} &: +2 = +2 \quad \rightarrow \text{OK} \end{aligned} \]

La charge totale est +2 des deux côtés. L'équation est maintenant équilibrée pour les atomes ET les charges.

Étape 4 : (Optionnel) Ajouter l'état physique

\[ \text{Fe (s)} + 2\text{H}^+ \text{(aq)} \rightarrow \text{Fe}^{2+} \text{(aq)} + \text{H}_2 \text{(g)} \]
Schéma (Après les calculs)

Visualisons l'équation équilibrée (Étape 2). Nous avons 1 Fe et 2 H de chaque côté, et une charge totale de +2 de chaque côté.

Bilan (Après Équilibrage) Réactifs Fe (1 atome) H+ H+ (2 ions) Produits Fe2+ (1 ion) H H (1 H2) Équilibre (H et Charge)
Réflexions

L'équation équilibrée \(\text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\) montre que pour chaque atome de fer qui réagit, il faut deux ions hydrogène. Cela produit un ion fer(II) et une molécule de dihydrogène. Elle respecte bien la conservation des atomes (1 Fe, 2 H de chaque côté) et des charges (+2 de chaque côté).

Points de vigilance

L'erreur la plus fréquente est d'oublier d'équilibrer soit les atomes (souvent H), soit les charges. Vérifiez toujours les deux à la fin ! Ne confondez pas non plus H⁺ (ion hydrogène) et H₂ (molécule de dihydrogène).

Points à retenir

Pour équilibrer une équation :

  • Identifier réactifs et produits.
  • Ajuster les coefficients devant les formules pour conserver les atomes.
  • Vérifier que la charge électrique totale est conservée.
  • Ne pas inclure les ions spectateurs dans l'équation simplifiée.

Le saviez-vous ?

Cette réaction est une réaction d'oxydo-réduction. Le fer (\(\text{Fe}\)) est oxydé (il perd des électrons pour devenir \(\text{Fe}^{2+}\)) et l'ion hydrogène (\(\text{H}^+\)) est réduit (il gagne des électrons pour devenir \(\text{H}_2\)). Les métaux plus "réactifs" que l'hydrogène réagissent ainsi avec les acides.

FAQ

Questions fréquentes sur l'équilibrage.

Résultat Final
L'équation-bilan équilibrée de la réaction est : \(\text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\)
A vous de jouer

Essayez d'équilibrer la réaction entre le Zinc (\(\text{Zn}\)) et l'acide chlorhydrique, sachant qu'elle produit des ions Zinc (\(\text{Zn}^{2+}\)) et du dihydrogène (\(\text{H}_2\)). Écrivez l'équation ci-dessous (ex: Zn + 2H+ -> Zn2+ + H2).

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 3 :

  • Réactifs : \(\text{Fe}\) et \(\text{H}^+\).
  • Produits : \(\text{Fe}^{2+}\) et \(\text{H}_2\).
  • Équation équilibrée : \(\text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\). (Atomes et charges conservés).

Question 4 : Un ion fer(II) (\(\text{Fe}^{2+}\)) est également produit. Comment peut-on le mettre en évidence en solution ?

Principe

La couleur verdâtre de la solution est un indice de la présence d'ions fer(II), mais pour le confirmer de manière certaine, on utilise un test chimique spécifique. Ce test repose sur une réaction qui produit un résultat visuel caractéristique (un précipité coloré) uniquement en présence de l'ion recherché.

Mini-Cours

Test d'identification des ions métalliques par précipitation avec la soude (\(\text{NaOH}\)) : La soude (solution d'hydroxyde de sodium) contient des ions hydroxyde \(\text{OH}^-\). Ces ions réagissent avec de nombreux ions métalliques pour former des hydroxydes métalliques, qui sont souvent insolubles dans l'eau (ils forment des précipités). La couleur du précipité est caractéristique de l'ion métallique :

  • \(\text{Fe}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_2 \text{(s)}\) : Précipité vert.
  • \(\text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 \text{(s)}\) : Précipité rouille (orange-brun).
  • \(\text{Cu}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \text{(s)}\) : Précipité bleu.
  • \(\text{Zn}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Zn(OH)}_2 \text{(s)}\) : Précipité blanc.
  • \(\text{Al}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Al(OH)}_3 \text{(s)}\) : Précipité blanc (gélatineux).
Le réactif testeur pour ces ions est donc la soude.

Donnée(s)
Ion à testerRéactif testeurRésultat (Précipité)
Ion fer(II) \(\text{Fe}^{2+}\)Soude (Ions \(\text{OH}^-\))Précipité vert (\(\text{Fe(OH)}_2\))
Ion fer(III) \(\text{Fe}^{3+}\)Soude (Ions \(\text{OH}^-\))Précipité rouille (\(\text{Fe(OH)}_3\))
Ion cuivre(II) \(\text{Cu}^{2+}\)Soude (Ions \(\text{OH}^-\))Précipité bleu (\(\text{Cu(OH)}_2\))
Schéma (Protocole de test)

Protocole du test à la soude (hydroxyde de sodium) pour les ions Fe²⁺.

Test d'identification des ions Fer(II)
Solution contenant des ions Fe2+ Soude (Na+ + OH-) Précipité Vert
Réflexions

La couleur verdâtre observée lors de la réaction principale suggère déjà la présence d'ions Fe²⁺. Pour le confirmer, on effectue le test :

  1. Prélever un peu de la solution verdâtre obtenue après la réaction.
  2. Ajouter quelques gouttes de solution de soude (hydroxyde de sodium, contenant les ions testeurs \(\text{OH}^-\)).
  3. Observer la formation d'un solide insoluble (précipité).
La formation d'un précipité de couleur verte confirme spécifiquement la présence des ions fer(II) \(\text{Fe}^{2+}\).

Points de vigilance

  • Ne pas confondre les couleurs : Le précipité vert (\(\text{Fe(OH)}_2\)) indique \(\text{Fe}^{2+}\), tandis qu'un précipité rouille (\(\text{Fe(OH)}_3\)) indiquerait des ions fer(III) \(\text{Fe}^{3+}\). Une solution de \(\text{Fe}^{2+}\) laissée à l'air peut lentement s'oxyder en \(\text{Fe}^{3+}\), le précipité peut alors prendre une teinte un peu brunâtre avec le temps.
  • Quantité de soude : Quelques gouttes suffisent pour observer le précipité. En excès très important, certains précipités (comme celui de zinc ou d'aluminium) peuvent se redissoudre, ce qui n'est pas le cas pour le fer.
  • Sécurité : La soude est une base forte et corrosive. Porter des lunettes de protection.

Points à retenir

  • Le réactif pour tester les ions fer(II) \(\text{Fe}^{2+}\) (et d'autres ions métalliques) est la soude (hydroxyde de sodium, \(\text{NaOH}\)).
  • L'ion testeur dans la soude est l'ion hydroxyde \(\text{OH}^-\).
  • Le résultat positif pour \(\text{Fe}^{2+}\) est la formation d'un précipité vert d'hydroxyde de fer(II), \(\text{Fe(OH)}_2\).

Résultat Final
On ajoute quelques gouttes de soude (hydroxyde de sodium) à la solution. La formation d'un précipité vert confirme la présence d'ions fer(II) \(\text{Fe}^{2+}\).
A vous de jouer

Si, en ajoutant de la soude à une autre solution inconnue, on obtenait un précipité rouille, quel ion serait présent ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 4 :

  • Ion testé : Fer(II) (\(\text{Fe}^{2+}\)).
  • Réactif : Soude (\(\text{NaOH}\), contenant \(\text{OH}^-\)).
  • Résultat : Précipité vert (\(\text{Fe(OH)}_2\)).

Question 5 : L'ion chlorure (\(\text{Cl}^-\)) participe-t-il à la réaction ? Comment appelle-t-on ce type d'ion ?

Principe

Une réaction chimique implique une transformation des espèces présentes. Certaines espèces, bien que présentes en solution, peuvent ne pas être modifiées chimiquement par la réaction principale. On cherche à identifier si l'ion chlorure \(\text{Cl}^-\) est l'une d'elles.

Mini-Cours

Un ion spectateur (ou ion indifférent) est un ion qui est présent dans le milieu réactionnel mais qui ne subit aucune transformation chimique au cours de la réaction. Il se trouve sous la même forme (même formule, même charge) dans les réactifs et dans les produits. Son rôle principal est d'assurer la neutralité électrique des solutions. Dans l'équation-bilan ionique *simplifiée*, on n'écrit pas les ions spectateurs pour se focaliser sur les espèces qui réagissent vraiment.

Réflexions

L'acide chlorhydrique est une solution contenant des ions hydrogène \(\text{H}^+\) et des ions chlorure \(\text{Cl}^-\). L'équation-bilan de la réaction est \(\text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\).

On voit que les réactifs qui se transforment sont le Fer (\(\text{Fe}\), qui devient \(\text{Fe}^{2+}\)) et l'ion hydrogène (\(\text{H}^+\), qui devient \(\text{H}_2\)). L'ion chlorure \(\text{Cl}^-\) est présent au début avec \(\text{H}^+\), et il est toujours présent à la fin, associé aux ions \(\text{Fe}^{2+}\) (formant une solution de chlorure de fer II). Comme l'ion \(\text{Cl}^-\) n'a pas changé chimiquement (il n'est ni consommé ni produit dans l'équation simplifiée), il n'a pas participé à la réaction principale.

Points de vigilance

  • Ne pas confondre "ne pas participer" et "être absent" : L'ion \(\text{Cl}^-\) est essentiel pour la neutralité de la solution initiale (HCl) et finale (FeCl₂), mais il n'intervient pas dans l'échange d'électrons ou la formation du gaz.
  • Équation complète vs simplifiée : L'équation complète (\(\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\)) masque le rôle spectateur du chlore. L'équation ionique simplifiée (\(\text{Fe} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\)) est plus informative sur la transformation réelle.

Points à retenir

  • L'ion chlorure \(\text{Cl}^-\) est présent dans l'acide chlorhydrique mais ne réagit pas avec le fer dans cette expérience.
  • Un ion présent qui ne participe pas à la transformation chimique est appelé un ion spectateur.

Le saviez-vous ?

Bien que spectateur ici, l'ion chlorure peut participer à d'autres réactions ! Par exemple, si on ajoute du nitrate d'argent (\(\text{Ag}^+ + \text{NO}_3^-\)) à une solution contenant des ions chlorure, il se forme un précipité blanc de chlorure d'argent (\(\text{AgCl}\)). Dans ce cas, \(\text{Cl}^-\) n'est plus spectateur, il réagit !

Résultat Final
Non, l'ion chlorure (\(\text{Cl}^-\)) ne participe pas à la réaction. On l'appelle un ion spectateur.
A vous de jouer

Dans la réaction entre le zinc et l'acide sulfurique (\(2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-}\)), qui produit des ions zinc (\(\text{Zn}^{2+}\)) et du dihydrogène (\(\text{H}_2\)), quel est l'ion spectateur ?

Mini Fiche Mémo

Synthèse de la Question 5 :

  • Rôle de \(\text{Cl}^-\) : Ne participe pas à la transformation \(\text{Fe} + \text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2\).
  • Définition : C'est un ion spectateur.

Outil Interactif : Simulateur de Production de Dihydrogène

Utilisez ce simulateur pour voir quel volume de dihydrogène (\(\text{H}_2\)) est produit en fonction de la masse de fer utilisée. (On suppose que l'acide est en quantité suffisante).

Paramètres d'Entrée
1.0 g
24.0 L/mol
Résultats Clés
Quantité de Fer (mol) -
Volume de H₂ produit (L) -

Quiz Final : Testez vos connaissances

1. Quelle est la formule de l'ion hydrogène, responsable de l'acidité ?

2. Quel gaz est identifié par une petite détonation ("pop") à l'approche d'une flamme ?

3. Quelle est l'équation-bilan correcte et équilibrée ?

4. Comment appelle-t-on un ion qui est présent mais ne participe pas à la réaction ?

5. L'ajout de soude (\(\text{OH}^-\)) à la solution finale produit un précipité vert. Cela confirme la présence de...


Glossaire

Acide
Solution dont le pH est inférieur à 7. Elle est caractérisée par la présence d'ions hydrogène \(\text{H}^+\).
Atome
Constituant fondamental de la matière, électriquement neutre.
Dihydrogène
Gaz de formule \(\text{H}_2\), formé de deux atomes d'hydrogène. Il est inflammable et produit une détonation ("pop") à l'approche d'une flamme.
Équation-bilan
Représentation d'une réaction chimique utilisant les formules des réactifs et des produits. Elle doit respecter la conservation des atomes et des charges.
Ion
Atome ou groupe d'atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons, et portant donc une charge électrique (positive ou négative).
Ion spectateur
Ion présent en solution qui ne participe pas à la transformation chimique. Il est présent à l'identique au début et à la fin.
Précipité
Solide insoluble qui se forme au sein d'une solution lors d'une réaction chimique (souvent lors d'un test d'identification).
Produit
Espèce chimique qui est formée au cours d'une transformation chimique.
Réactif
Espèce chimique qui est consommée au cours d'une transformation chimique.
Exercice : Acide Chlorhydrique et Fer

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