Réaction entre le zinc et l’acide chlorhydrique

Réaction entre le Zinc et l’Acide Chlorhydrique (Niveau 3ème)

Réaction entre le Zinc et l’Acide Chlorhydrique

Comprendre les Réactions Chimiques : Exemple du Zinc et de l'Acide Chlorhydrique

Une réaction chimique est un processus qui transforme des substances initiales, appelées réactifs, en de nouvelles substances, appelées produits. Au cours d'une réaction chimique, les atomes des réactifs se réarrangent pour former les produits. Les chimistes représentent ces transformations à l'aide d'équations chimiques. Une équation chimique bien écrite doit être équilibrée, c'est-à-dire qu'elle doit respecter la loi de conservation de la masse : le nombre d'atomes de chaque élément doit être le même dans les réactifs et dans les produits. La réaction entre le zinc métallique (Zn) et l'acide chlorhydrique (HCl) est un exemple classique de réaction produisant un dégagement gazeux.

Données de l'étude : Action de l'Acide Chlorhydrique sur le Zinc

On introduit un morceau de zinc solide (Zn) de masse \(m_{\text{Zn}} = 6.5 \, \text{g}\) dans un tube à essais contenant une solution d'acide chlorhydrique (HCl) en excès. On observe un dégagement gazeux et la formation d'une solution de chlorure de zinc (ZnCl₂).

Masses molaires atomiques simplifiées (arrondies pour le niveau 3ème) :

  • Zinc (Zn) : \(M(\text{Zn}) \approx 65 \, \text{g/mol}\)
  • Hydrogène (H) : \(M(\text{H}) \approx 1 \, \text{g/mol}\)
  • Chlore (Cl) : \(M(\text{Cl}) \approx 35.5 \, \text{g/mol}\)
Schéma : Réaction entre le Zinc et l'Acide Chlorhydrique
Tube à essais HCl (aq) Zn (s) H₂ (g) Réaction produisant un dégagement gazeux.

Le zinc solide réagit avec l'acide chlorhydrique liquide, produisant du dihydrogène gazeux et du chlorure de zinc en solution.


Questions à traiter

  1. Quels sont les réactifs de cette transformation chimique ?
  2. Quels sont les produits de cette transformation chimique ?
  3. Écrire l'équation chimique de la réaction entre le zinc (Zn) et l'acide chlorhydrique (HCl), sachant qu'elle produit du chlorure de zinc (ZnCl₂) et du dihydrogène (H₂).
  4. Équilibrer cette équation chimique.
  5. Calculer la masse molaire du dihydrogène (H₂).
  6. En utilisant l'équation équilibrée et les masses molaires, calculer la masse de dihydrogène (\(m_{\text{H}_2}\)) qui peut être théoriquement produite si les \(6.5 \, \text{g}\) de zinc réagissent complètement.
  7. Quel test simple permettrait d'identifier le gaz dihydrogène produit ? Décrivez brièvement le test et le résultat attendu.

Correction : Réaction entre le Zinc et l’Acide Chlorhydrique

Question 1 : Réactifs de la transformation

Principe :

Les réactifs sont les substances présentes au début de la transformation chimique et qui vont réagir ensemble.

Réponse :

D'après l'énoncé, on introduit du zinc solide (Zn) dans une solution d'acide chlorhydrique (HCl).

Résultat Question 1 : Les réactifs sont le zinc (Zn) et l'acide chlorhydrique (HCl).

Question 2 : Produits de la transformation

Principe :

Les produits sont les nouvelles substances formées à la fin de la transformation chimique.

Réponse :

L'énoncé indique qu'il se forme du chlorure de zinc (ZnCl₂) et un dégagement gazeux, qui est du dihydrogène (H₂).

Résultat Question 2 : Les produits sont le chlorure de zinc (ZnCl₂) et le dihydrogène (H₂).

Question 3 : Écriture de l'équation chimique

Principe :

L'équation chimique représente la transformation en indiquant les formules chimiques des réactifs (à gauche d'une flèche) et des produits (à droite de la flèche).

Équation (non équilibrée) :
\[ \text{Zn (s)} + \text{HCl (aq)} \rightarrow \text{ZnCl}_2 \text{ (aq)} + \text{H}_2 \text{ (g)} \]
Résultat Question 3 : L'équation chimique non équilibrée est \(\text{Zn} + \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\).

Question 4 : Équilibrage de l'équation chimique

Principe :

Pour équilibrer une équation chimique, il faut s'assurer que le nombre d'atomes de chaque élément est le même du côté des réactifs et du côté des produits. On ajuste pour cela les coefficients stœchiométriques (les nombres placés devant les formules chimiques).

Réactifs : 1 atome de Zn, 1 atome de H, 1 atome de Cl.

Produits : 1 atome de Zn, 2 atomes de Cl, 2 atomes de H.

Il manque des atomes de H et de Cl du côté des réactifs. On peut ajuster le coefficient de HCl.

Équilibrage :

En plaçant un coefficient 2 devant HCl :

\[ \text{Zn (s)} + 2\text{HCl (aq)} \rightarrow \text{ZnCl}_2 \text{ (aq)} + \text{H}_2 \text{ (g)} \]

Vérification :

  • Zinc (Zn) : 1 à gauche, 1 à droite \(\Rightarrow\) OK
  • Hydrogène (H) : \(2 \times 1 = 2\) à gauche, 2 à droite \(\Rightarrow\) OK
  • Chlore (Cl) : \(2 \times 1 = 2\) à gauche, 2 à droite \(\Rightarrow\) OK
Résultat Question 4 : L'équation chimique équilibrée est \(\text{Zn (s)} + 2\text{HCl (aq)} \rightarrow \text{ZnCl}_2 \text{ (aq)} + \text{H}_2 \text{ (g)}\).

Question 5 : Masse molaire du dihydrogène (H₂)

Principe :

La masse molaire d'une molécule est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes qui la composent.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M(\text{H}_2) = 2 \times M(\text{H}) \]
Données spécifiques :
  • \(M(\text{H}) \approx 1 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M(\text{H}_2) &= 2 \times 1 \, \text{g/mol} \\ &= 2 \, \text{g/mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La masse molaire du dihydrogène (H₂) est d'environ \(2 \, \text{g/mol}\).

Quiz Intermédiaire 1 : L'acide chlorhydrique en solution aqueuse contient principalement des ions :

Question 6 : Masse de dihydrogène (\(m_{\text{H}_2}\)) produite

Principe :

L'équation équilibrée \(\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\) nous dit qu'1 mole de Zn réagit pour produire 1 mole de H₂. Nous allons d'abord calculer le nombre de moles de zinc, puis en déduire le nombre de moles de H₂ produit, et enfin la masse de H₂.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ n = \frac{m}{M} \] \[ m = n \times M \]
Données spécifiques :
  • \(m_{\text{Zn}} = 6.5 \, \text{g}\)
  • \(M(\text{Zn}) \approx 65 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{H}_2) \approx 2 \, \text{g/mol}\)
Calculs :

1. Nombre de moles de zinc (\(n_{\text{Zn}}\)) :

\[ \begin{aligned} n_{\text{Zn}} &= \frac{m_{\text{Zn}}}{M(\text{Zn})} \\ &= \frac{6.5 \, \text{g}}{65 \, \text{g/mol}} \\ &= 0.1 \, \text{mol} \end{aligned} \]

2. Nombre de moles de dihydrogène (\(n_{\text{H}_2}\)) produites :
D'après la stœchiométrie (1 Zn \(\rightarrow\) 1 H₂), \(n_{\text{H}_2} = n_{\text{Zn}}\).

\[ n_{\text{H}_2} = 0.1 \, \text{mol} \]

3. Masse de dihydrogène (\(m_{\text{H}_2}\)) produite :

\[ \begin{aligned} m_{\text{H}_2} &= n_{\text{H}_2} \times M(\text{H}_2) \\ &= (0.1 \, \text{mol}) \times (2 \, \text{g/mol}) \\ &= 0.2 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : La masse de dihydrogène théoriquement produite est de \(0.2 \, \text{g}\).

Question 7 : Test d'identification du dihydrogène

Principe :

Le dihydrogène est un gaz inflammable qui produit un son caractéristique lorsqu'il est mis en contact avec une flamme.

Description du test :

Pour identifier le dihydrogène (H₂), on recueille le gaz produit dans un tube à essais (par exemple, en le retournant au-dessus du dégagement gazeux). Ensuite, on approche une allumette enflammée (ou une petite flamme) de l'ouverture du tube à essais.

Résultat attendu :

Si le gaz est du dihydrogène, on entendra une petite détonation caractéristique, souvent décrite comme un "aboiement" ou un "pop". Cela est dû à la combustion rapide du dihydrogène avec le dioxygène de l'air, formant de l'eau.

\[ 2\text{H}_2 \text{ (g)} + \text{O}_2 \text{ (g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} \text{ (g)} + \text{Énergie} \]
Résultat Question 7 : Le test d'identification du dihydrogène est le test à la flamme, qui produit une petite détonation ("pop").

Quiz Intermédiaire 2 : Lors de la réaction entre le zinc et l'acide chlorhydrique, le zinc :


Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Dans une équation chimique, les réactifs sont écrits :

2. Équilibrer une équation chimique signifie :

3. Le gaz dihydrogène (H₂) est :


Glossaire

Réaction Chimique
Processus au cours duquel des substances (réactifs) se transforment en de nouvelles substances (produits) par réarrangement des atomes.
Réactif
Substance présente au début d'une réaction chimique et qui est consommée au cours de celle-ci.
Produit
Nouvelle substance formée au cours d'une réaction chimique.
Équation Chimique
Représentation symbolique d'une réaction chimique utilisant les formules des réactifs et des produits, ainsi que des coefficients stœchiométriques.
Coefficient Stœchiométrique
Nombre placé devant la formule d'une substance dans une équation chimique équilibrée, indiquant la proportion relative (en moles) de cette substance dans la réaction.
Conservation de la Masse
Principe selon lequel, au cours d'une réaction chimique dans un système fermé, la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits. Cela implique la conservation du nombre d'atomes de chaque élément.
Masse Molaire (M)
Masse d'une mole d'une substance (atomes, molécules, ions). Unité : g/mol.
Mole (mol)
Unité de quantité de matière du Système International.
Réaction Zinc et Acide Chlorhydrique - Exercice d'Application

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