Lorsqu’on plonge quelques morceaux de zinc (Zn) dans une solution aqueuse de chlorure d’hydrogène (acide chlorhydrique : H+ + Cℓ-), on observe une effervescence (un gaz qui s’échappe). Ce gaz, mélangé à du dioxygène (O2), explose lorsqu’on lui présente une flamme. On observe alors de la buée (eau) sur les parois du récipient. Cette explosion permet d’identifier ce gaz : il s’agit de dihydrogène (H2).
(On peut montrer que ce gaz est plus léger que l'air (voir vidéo ci-dessous). Or il existe peu de gaz explosifs plus légers que l'air : le méthane (CH4) ou l'ammoniac (NH3) le sont mais il n'y a ni atome de carbone, ni atome d'azote dans notre mélange réactionnel ce qui élimine ces deux candidats. Nous reste alors le dihydrogène (H2).)
Pendant cette réaction le zinc est rongé, on le retrouve en solution sous forme d’ions zinc (Zn2+).
(Pour former du dihydrogène (H2), les ions hydrogène (H+) doivent récupérer 2 électrons. Ils les arrachent aux atomes de zinc (Zn) qui passent alors sous forme de cations (Zn2+) dissous dans la solution.)
Equation de réaction
zinc + acide chlorhydrique -> ions zinc + dihydrogène + ions chlorure
Zn + H+ + Cℓ- -> Zn2+ + H2 + Cℓ-
Pour respecter le "Principe de conservation de la matière", il faut ajuster cette équation : pour former du dihydrogène, il faut 2 ions hydrogène :
Zn + 2 H+ + Cℓ- -> Zn2+ + H2 + Cℓ-
Enfin, pour respecter le "Principe d'électroneutralité des solutions", il faut deux ions chlorure (Cℓ-) pour compenser les 2 charges positives des ions hydrogène ou de l'ion zinc. :
Zn + 2 H+ + 2 Cℓ- -> Zn2+ + H2 + 2 Cℓ-
Le dihydrogéne s'étant échappé pendant la réaction, ne reste qu'une solution contenant des ions chlorure et des ions zinc, on parle d'une solution de "chlorure de zinc".
Remarque
Les ions chlorure ne participent pas à cette réaction. Ne pouvant disparaître, on les retrouve dans la solution, on les appelle des ions spectateurs.
Généralisation
La plupart des métaux réagissent avec la plupart des acides pour former du dihydrogène. Il existe quelques exceptions comme le cuivre qui ne réagit ni avec l’acide chlorhydrique, ni avec l’acide sulfurique mais il réagit avec l’acide nitrique en formant un gaz roux nocif.
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Acide chlorhydrique sur des poudres de zinc, de fer, d'aluminium et du cuivre |
Acide sulfurique sur des poudres de zinc, de fer, d'aluminium et du cuivre |
Tests de reconnaissance d'ions
Afin d'identifier les ions présents dans une solution, on peut utiliser quelques réactifs :
- Le nitrate d'argent est le réactif des ions chlorure (présents dans l'acide chlorhydrique). Il forme un précipité blanc en leur présence. (Ce précipité fini par noircir à la lumière.)
- Le chlorure de baryum est le réactif des ions sulfate (présents dans l'acide sulfurique). Il forme un précipité blanc.
- L'hydroxyde de sodium est le réactif des ions métalliques. En leur présence, il formera des précipités de différentes couleurs : blanc pour les ions zinc ou aluminium, vert pour les ions fer II, orange/rouille pour les ions fer III, bleu pour les ions cuivre II...
Je m'entraîne : Action de l'acide chlorhydrique sur le fer (www.pccl.fr)