Réaction entre le Zinc et l'Acide Chlorhydrique
Comprendre la Réaction entre un Métal et un Acide
Certains métaux réagissent avec les solutions acides. Cette réaction est une transformation chimique au cours de laquelle les substances de départ, appelées réactifs, se transforment en de nouvelles substances, appelées produits. Souvent, cette réaction s'accompagne de manifestations visibles, comme la production de bulles de gaz (effervescence) et la disparition progressive du métal. Cet exercice se concentre sur la réaction entre le zinc métallique et une solution d'acide chlorhydrique.
Données de l'étude
- Une effervescence se produit : des bulles de gaz se forment et s'échappent.
- Le morceau de zinc diminue de taille et peut disparaître complètement si l'acide est en quantité suffisante.
- Le tube à essais peut légèrement chauffer, indiquant que la réaction dégage de la chaleur.
- L'acide chlorhydrique en solution contient des ions hydrogène (\(\text{H}^+\)) et des ions chlorure (\(\text{Cl}^-\)).
- Le gaz produit lors de cette réaction est du dihydrogène.
- L'autre produit formé est du chlorure de zinc, qui reste dissous dans la solution.
Schéma : Réaction Zinc - Acide Chlorhydrique
Schéma illustrant la réaction entre le zinc et l'acide chlorhydrique dans un tube à essais.
Questions à traiter
- Identifier les réactifs de cette transformation chimique. Donner leurs noms et leurs formules chimiques.
- Quel est le nom et la formule chimique du gaz qui produit l'effervescence ? Proposer un test simple pour l'identifier.
- Un autre produit est formé et reste dissous dans la solution. Quel est son nom et sa formule chimique, sachant qu'il est composé d'ions zinc (\(\text{Zn}^{2+}\)) et d'ions chlorure (\(\text{Cl}^-\)) ?
- Écrire l'équation bilan équilibrée de la réaction chimique entre le zinc et l'acide chlorhydrique. (Ne pas oublier les états physiques : (s) pour solide, (aq) for aqueux, (g) pour gaz).
- Que se passerait-il si l'on utilisait une poudre de zinc très fine au lieu d'un gros morceau de zinc (la masse totale de zinc étant la même) ? La quantité de gaz produite serait-elle différente ?
Correction : Réaction Zinc - Acide Chlorhydrique
Question 1 : Identification des réactifs
Principe :
Les réactifs sont les substances présentes au début de la transformation chimique et qui vont être consommées ou transformées.
Réponse :
Les réactifs de cette transformation chimique sont :
- Le zinc (un métal solide). Sa formule chimique est \(\text{Zn}\).
- L'acide chlorhydrique (une solution aqueuse). Il est constitué de chlorure d'hydrogène dissous dans l'eau. La formule chimique du chlorure d'hydrogène est \(\text{HCl}\). En solution, il est sous forme d'ions \(\text{H}^+\text{(aq)}\) et \(\text{Cl}^-\text{(aq)}\).
Question 2 : Identification du gaz produit
Principe :
L'effervescence observée indique la formation d'un gaz. Les informations de l'énoncé nous aident à l'identifier.
Réponse :
Le gaz qui produit l'effervescence est le dihydrogène. Sa formule chimique est \(\text{H}_2\).
Test d'identification du dihydrogène : On peut recueillir le gaz dans un tube à essais et approcher une flamme (allumette enflammée ou petite veilleuse) de l'ouverture du tube. Si du dihydrogène est présent, on entend une petite détonation caractéristique (parfois décrite comme un "aboiment").
Quiz Intermédiaire 1 : Quel autre gaz courant produit une effervescence mais trouble l'eau de chaux ?
Question 3 : Identification de l'autre produit formé
Principe :
Lorsqu'un composé ionique est formé en solution, il est constitué d'ions positifs (cations) et d'ions négatifs (anions). La formule chimique d'un composé ionique doit être électriquement neutre.
Réponse :
L'autre produit formé est le chlorure de zinc. Il est composé d'ions zinc \(\text{Zn}^{2+}\) et d'ions chlorure \(\text{Cl}^-\).
Pour que le composé soit électriquement neutre, il faut deux ions chlorure (\(\text{Cl}^-\), chacun portant une charge -1) pour compenser la charge +2 de l'ion zinc (\(\text{Zn}^{2+}\)).
La formule chimique du chlorure de zinc est donc \(\text{ZnCl}_2\).
Question 4 : Équation bilan équilibrée
Principe :
Une équation bilan doit respecter la conservation des atomes : le nombre d'atomes de chaque élément doit être le même dans les réactifs et dans les produits. On indique également l'état physique de chaque substance.
Équation bilan :
Réactifs : Zinc (\(\text{Zn(s)}\)) et acide chlorhydrique (\(\text{HCl(aq)}\)).
Produits : Dihydrogène (\(\text{H}_2\text{(g)}\)) et chlorure de zinc (\(\text{ZnCl}_2\text{(aq)}\)).
L'équation non équilibrée est : \(\text{Zn(s)} + \text{HCl(aq)} \rightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\)
Pour équilibrer :
- Atomes de Chlore (Cl) : Il y a 1 atome de Cl dans \(\text{HCl}\) et 2 atomes de Cl dans \(\text{ZnCl}_2\). On met donc un coefficient 2 devant \(\text{HCl}\).
- \(\text{Zn(s)} + 2\text{HCl(aq)} \rightarrow \text{ZnCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{(g)}\)
- Atomes d'Hydrogène (H) : Maintenant, il y a 2 atomes de H dans \(2\text{HCl}\) et 2 atomes de H dans \(\text{H}_2\). C'est équilibré.
- Atomes de Zinc (Zn) : Il y a 1 atome de Zn dans les réactifs et 1 atome de Zn dans les produits. C'est équilibré.
L'équation bilan équilibrée est donc :
Quiz Intermédiaire 2 : Dans l'équation \(\text{Mg(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 2\text{MgO(s)}\), quel coefficient manque devant \(\text{Mg(s)}\) pour l'équilibrer ?
Question 5 : Influence de la forme du zinc et réactif limitant
Principe :
La vitesse d'une réaction chimique peut dépendre de la surface de contact entre les réactifs. Un réactif est dit limitant s'il est entièrement consommé avant les autres, stoppant ainsi la réaction.
Réponse :
Forme du zinc : Si l'on utilisait une poudre de zinc très fine au lieu d'un gros morceau (pour une même masse totale de zinc), la surface de contact entre le zinc et l'acide chlorhydrique serait beaucoup plus grande. Cela aurait pour effet d'augmenter la vitesse de la réaction : l'effervescence serait plus intense et le zinc disparaîtrait plus rapidement.
Quantité de gaz produite : La quantité totale de gaz dihydrogène produite ne dépend que de la quantité de réactif limitant. Si la masse de zinc est la même dans les deux cas et que l'acide est en excès, la quantité de dihydrogène produite sera la même. La réaction sera juste plus rapide avec la poudre.
Disparition du zinc : Si tout le zinc disparaît, cela signifie que le zinc était le réactif limitant (ou que les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques). La réaction s'arrête car il n'y a plus de zinc pour réagir avec l'acide chlorhydrique (s'il en reste).
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Dans la réaction entre le zinc et l'acide chlorhydrique, le zinc est :
2. Le test caractéristique du dihydrogène (\(\text{H}_2\)) est :
3. L'équation \(\text{A} + 2\text{B} \rightarrow \text{C}\) signifie que :
Glossaire
- Réactif
- Substance chimique présente au début d'une transformation chimique et qui est consommée ou transformée au cours de celle-ci.
- Produit
- Nouvelle substance chimique formée au cours d'une transformation chimique.
- Transformation Chimique
- Processus au cours duquel des réactifs se transforment en produits. Des liaisons chimiques sont rompues et de nouvelles liaisons sont formées.
- Équation Bilan
- Représentation symbolique d'une réaction chimique qui indique les formules des réactifs et des produits, ainsi que les proportions dans lesquelles ils réagissent (coefficients stœchiométriques). Elle doit être équilibrée en termes d'atomes.
- Dihydrogène (\(\text{H}_2\))
- Gaz incolore, inodore et très inflammable, de formule \(\text{H}_2\). C'est le plus léger de tous les gaz.
- Acide
- Substance chimique qui, en solution aqueuse, libère des ions hydrogène (\(\text{H}^+\)) ou est capable de céder un proton. L'acide chlorhydrique (\(\text{HCl}\)) est un exemple d'acide fort.
- Métal
- Catégorie d'éléments chimiques caractérisés par leur conductivité électrique et thermique, leur éclat, et leur tendance à former des ions positifs (cations). Le zinc (\(\text{Zn}\)) est un exemple de métal.
- Effervescence
- Dégagement de bulles de gaz dans un liquide, résultant d'une réaction chimique.
- Ion
- Atome ou groupe d'atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, et portant ainsi une charge électrique nette. Exemples : \(\text{Zn}^{2+}\), \(\text{Cl}^-\), \(\text{H}^+\).
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