Chapitre n° 3 : Oxydations du fer, du cuivre, du zinc et de l'aluminium
1) Dans le cadre d'une étude pour l'installation de canalisations métalliques ... s'il
y a des réactions possibles entre certains métaux et certains ions métalliques.
part of the document
Chapitre n° 3 : Oxydations du fer, du cuivre, du zinc et de laluminium
Objectifs :
_ Connaître quelques réactions des métaux avec lair et le dioxygène ;
_ Savoir quil se forme des oxydes métalliques ;
_ Savoir que la masse se conserve au cours dune réaction chimique ;
_ Savoir équilibrer les équations-bilans des différentes combustions.
I _ Oxydation à froid
1°) Corrosion du fer
a ) Formation de la rouille : rôle du dioxygène
EMBED MSDraw.Drawing.8.2
De la laine de fer est introduite dans une éprouvette humidifiée retournée sur une cuve à eau .
Au bout de quelques jours :
¤ Dans lexpérience 1 , le niveau de leau a monté et occupe un volume de 50 cm3 . De plus , le morceau de laine de fer est partiellement rouillé .
¤ Dans lexpérience 2, le niveau de leau a monté et occupe la totalité de léprouvette. De plus le morceau de laine de fer est rouillé.
Interprétation :
Dans lexpérience 2 , tout le dioxygène réagit avec la laine de fer pour donner la rouille .
Leau remplace le dioxygène disparu .
Dans l'expérience 1, leau na monté que de 50 cm3 . Or , lobtention de la rouille signifie que la laine de fer a réagi avec du dioxygène . Donc lair ne contient quenviron 1/5 de dioxygène . Le gaz qui reste correspond au diazote ( 4/5).
Le fer se rouille quand il est en contact avec lair humide .Cest le dioxygène de lair et non le diazote qui intervient dans la formation de la rouille.
Remarque : Lair contient environ 1/5 ( ou 20% ) de dioxygène et 4/5 ( 80% ) de diazote.
B ) Les facteurs accélérant le formation de la rouille
EMBED MSDraw.Drawing.8.2 Un clou est introduit dans chacun des cinq tubes à essais. Quelques jours plus tard, on observe que:
¤ des traces de rouille apparaissent dans les tubes à essais 1 et 2 .
¤ Les clous des deux derniers tubes sont intacts .
¤ La quantité de rouille est plus importante dans le tube 1 que dans le tube 2 .
La formation de rouille nest possible que si le fer est en contact avec de lair et de leau ou plus simplement avec de lair humide . De plus, la présence de certaines substances ( par exemple le sel ) accélère la formation de le rouille.
C ) Conclusion
La formation de la rouille est une réaction chimique qui nécessite trois réactifs : fer , dioxygène et eau. La rouille est le produit dune corrosion, cest-à-dire une oxydation à froid ; elle contient essentiellement de loxyde ferrique Fe2O3 .
Bilan de la réaction : Fer + dioxygène ®ð oxyde ferrique
Equation-bilan : 4 Fe + 3 O2 ®ð 2ð ðFe2O3
Remarque : La couche de rouille formée ne protège pas le fer et la corrosion se poursuit jusqu à la disparition totale du fer.
2°) corrosion des autres métaux
a) L aluminium
Si on observe deux lames daluminium : lune décapée et lautre exposée à lair depuis quelques semaines , on constate que celle décapée présente un éclat métallique alors que lautre est terne .
En effet, au contact de lair, le métal s'est recouvert dune fine couche blanche doxyde daluminium appelé alumine. Mais contrairement au fer, la corrosion ne progresse pas en profondeur pour détruire le métal : cet oxyde protège le métal .
La corrosion de laluminium conduit à la formation de loxyde daluminium de formule Al2O3 . La couche d alumine imperméable protège l aluminium.
Le bilan de la réaction s écrit :
Aluminium + Dioxygène ®ð Oxyde d aluminium
L équation-bilan s écrit :
4 Al + 3 O2 ®ð 2ð ð ðAl2O3
b) Le zinc et le cuivre
Au contact de l air humide et du dioxyde de carbone, le zinc et le cuivre se recouvrent lentement dune couche superficielle terne pour le zinc et dune couche superficielle de couleur verte pour le cuivre . Cette couche superficielle doxyde de zinc et doxyde de cuivre appelé vert-de gris les protège dune corrosion en profondeur .
Bilans des réactions :
Zinc + Dioxygène ®ð Oxyde de zinc
Cuivre + Dioxygène ®ð Oxyde de cuivre
II _ Oxydation à chaud
1°) Rappel 4° : Combustion du fer dans le dioxygène
EMBED MSDraw.Drawing.8.2
On porte à incandescence un morceau de laine de fer attaché à un fil de fer. On lintroduit rapidement dans un flacon contenant du dioxygène pur. On constate alors :
_ que la réaction se poursuit avec des étincelles;
_ que le fil de fer disparaît progressivement ;
_ Lapparition ,au fond du flacon, de boules gris-bleu ;
_ et que le fond du flacon est fendu .
En brûlant, le fer consomme le dioxygène contenu dans le flacon. Il se produit un solide gris-bleu appelé oxyde de fer III ou oxyde magnétique de fer .
Le fer brûle dans le dioxygène. Cette réaction chimique est une oxydation ( ou combustion ) au cours de laquelle du fer et du dioxygène disparaissent pour produire de l oxyde magnétique de fer .
Bilan de la réaction : chaleur
Fer + dioxygène ®ð Oxyde magnétique de fer
3 Fe + 4 O2 ®ð Fe3O4
Remarques:
1°) La combustion du fer dans le dioxygène na lieu quà température élevée ( il faut chauffer préalablement la laine de fer )
2°) La réaction dégage de la chaleur : on dit quelle est exothermique .
2°) Combustion de quelques métaux en poudre
EMBED MSDraw.Drawing.8.2
On introduit dans une paille de la poudre métallique ( aluminium , cuivre ou zinc ) que lon projette dans la flamme dun bec bunsen .
On observe alors :
_ pour la poudre daluminium des étincelles et lapparition dune poudre blanche .
_ pour la poudre de zinc, quelques étincelles et lapparition dune poudre blanche .
_ pour la poudre de cuivre , des étincelles , lapparition dune poudre noire et que la flamme est devenue verte .
Interprétation :
La combustion dun métal en poudre dans lair est une réaction chimique entre le métal et le dioxygène de lair . Ces deux réactifs disparaissent pour former de loxyde métallique .
Bilan des réactions :
Aluminium + Dioxygène ®ð Oxyde d aluminium ou alumine
Cuivre + Dioxygène ®ð Oxyde de cuivre
Zinc + Dioxygène ®ð Oxyde de zinc
Remarque : Un métal brûle mieux s il est en poudre
III _ Réaction chimique
1°) Les oxydes métalliques
Les oxydes métalliques sont des co
GHITWb c d äʳÊs\I0%sh^EOh^EOB* ph0h^EOh^EOB* KH OJQJ^JmHnHphu$h^EOh^EOB* KH mHnHphu-h^EOh^EO5>*B* KH \mHnHphu$h^EOh^EOB*KH mHnHphu*h^EOh^EO5B*KH \mHnHphÿu,hìGN5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu,h^EO5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu2h^EOh^EO5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu5h^EOh^EO5>*B*CJ KH \aJ mHnHphÿu HIUÓ c e f } ~ É Ê ê J
K
ðääääääääääÔäÏÏÀä°
Æ`1$5$7$8$H$gd^EO$1$5$7$8$H$a$gd^EOgd^EOÄ1$5$7$8$H$`ÄgdìGN 1$5$7$8$H$gd^EO$1$5$7$8$H$a$gdìGNXXþþd e f j { } ~ ðÝÆ®ÆðyaM:* hìGNB*KH mHnHphu$h^EOh^EOB*KH mHnHphu'h^EOh^EO>*B*KH mHnHphu/hebh^EO>*B*CJ KH aJ mHnHphu5hebh^EO5>*B*CJ KH \aJ mHnHphu2hebh^EO5B*CJ KH \aJ mHnHphu/hdêh^EO>*B*CJ(KH aJ(mHnHphÿu,hdêh^EOB*CJ(KH aJ(mHnHphÿu$h^EOh^EOB*KH mHnHphÿu h^EOB*KH mHnHphu Ç È É Ê Ë æ ç é ê J
K
·
¹
íÓ¹¢qaqMq6-h^EOh^EO5>*B*KH \mHnHphu'h^EOh^EOB*H*KH mHnHphu h^EOB*KH mHnHphu$h^EOh^EOB*KH mHnHphujWÇF
h^EOUVh^EOjh^EOU h^EOhìGN-h^EO>*B*KH OJQJ^JmHnHphu3h^EOh^EO>*B*KH OJQJ^JmHnHphu3hìGNh^EO>*B* KH OJQJ^JmHnHphu$hìGNh^EOB* KH mHnHphuK
g
ü
õ
ª
¬
?@Ä ïßßßßßßÏßß¿³³ 1$5$7$8$H$gdìGNÄ1$5$7$8$H$^`ÄgdìGN 1$5$7$8$H$gd^EO
Æ1$5$7$8$H$gd^EO
Æ`1$5$7$8$H$gdûU(
Æ`1$5$7$8$H$gd^EO
Æ`1$5$7$8$H$gd*B* KH OJQJ\^JmHnHphu*h^EOh^EO5B* KH \mHnHphu2h^EOh^EO5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu'h^EOh^EOB*H*KH mHnHphu$h^EOh^EOB*KH mHnHphu*h^EOh^EO5B*KH \mHnHphu >?@A\]^_ÄÜåÔļ¸¥¼lVC*å0hìGNhìGNB* KH OJQJ^JmHnHphu$hìGN5B*KH \mHnHphu*hìGNhìGN5B*KH \mHnHphu*hìGNhìGN5B*KH \mHnHphÿu h*B* KH OJQJ^JmHnHphu ?
$ÎÐðò¾²³ÐóóóçóóóóóóóóóóóÛçóçóóóó 1$5$7$8$H$gd^EO 1$5$7$8$H$gddê 1$5$7$8$H$gdìGN¤¨©¼ $@DH`êееÐê¡êxeIxê¡6êx$hìGNhìGNB*KH mHnHphu6hìGNhìGN5B*KH OJQJ\^JmHnHphÿu$hìGN5B*KH \mHnHphÿu*hìGNhìGN5B*KH \mHnHphÿu$hìGN5B*KH \mHnHphu'hûU(hìGN>*B*KH mHnHphu5hìGNhìGN5B*CJ H*KH \aJ mHnHphÿu2hìGNhìGN5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu*hìGNhìGN5B*KH \mHnHphu`dhptvxzèÒ¶ÒèÒèiOK7'hebhìGN5B*CJ KH \aJ phhìGN3hìGNhìGNB* H*KH OJQJ^JmHnHphu0hìGNhìGNB* KH OJQJ^JmHnHphu9hìGNhìGN5>*B* KH OJQJ\^JmHnHphu-hìGNhìGN5B*H*KH \mHnHphu6hìGNhìGN5B*KH OJQJ\^JmHnHphÿu*hìGNhìGN5B*KH \mHnHphÿu-hìGNhìGN5B*H*KH \mHnHphÿu
ÎÐÒÔÖìð+2³ê×»lYCY)2hdêhìGN5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu*hìGNhìGN5B*KH \mHnHphu$hìGNhìGNB*KH mHnHphu3hdêhìGN>*B* KH OJQJ^JmHnHphu0hdêhìGNB* KH OJQJ^JmHnHphu6hdêhìGN5B* KH OJQJ\^JmHnHphu6hdêhdê5B* KH OJQJ\^JmHnHphu$h^EOh^EOB*KH mHnHphu*hebhìGN5>*B*CJ KH \aJ ph ÎÐþbd~ ¢¦äÊäÊ°ÊÊ°ÊäÊÊäÊäÊz^B6hdêhìGN5B* KH OJQJ\^JmHnHphu6hdêhdê5B* KH OJQJ\^JmHnHphu*hìGNhìGN5B*KH \mHnHphu>hdêhìGN5B*CJ KH OJQJ\^JaJ mHnHphÿu2hdêhdê5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu2hdêhìGN5B*CJ KH \aJ mHnHphÿu5hdêhìGN5B*CJ H*KH \aJ mHnHphÿuÐ&d ÒÔ:Q"xz|®° ^`V ëßëßÓßßßßßßÇdz³³ÇÇ$1$5$7$8$H$a$gddêgddê 1$5$7$8$H$gd^EO 1$5$7$8$H$gddê 1$5$7$8$H$gdìGNÄÄ1$5$7$8$H$^Ä`Ägdeb¦ÐÒÔRz}¨Öåê:QS"&NPRvz|åɳ ³ ³ ³ ³ ³ ³³q³q³m]C2h*B* KH OJQJ^JmHnHphu¬®´º VXZ\éζ²ueQeB+Q-jé%hdêhdêB*KH UmHnHphu jÌF
hdêCJUVaJ'jhdêB*KH UmHnHphu hdêB*KH mHnHphu$heb5>*B*CJ KH \aJ ph*hebhdê5>*B*CJ KH \aJ ph'h*B*CJ KH \aJ mHnHphÿu5hdêhdê5>*B*CJ KH \aJ mHnHphÿu,h*B* KH OJQJ^JmHnHphu6hðhð5B*KH OJQJ\^JmHnHphÿu*hðhð5B*KH \mHnHphÿu*hðhð5B*KH \mHnHphu-hðhð5>*B*KH \mHnHphu'hðhð>*B*KH mHnHphu$hðhðB*KH mHnHphuhðjhðUj33hðU&!!®!Â!"l"à"á"ò"ó"©#ª#À#@$$Þ$à$H%J%L%~%%º%¼%®T¯Tóóóóóóóóóóóóóóóóóóîîîîóóógdð 1$5$7$8$H$gdðL%X%|%%%º%&TªT¯T»T¼TÌTÍTæTçT
UUUUUU:U;U>U?U@UAUCULUëÕ¼¡|xxxxxbxxbKbKx-hðhð5B*H*KH \mHnHphu*hðhð5B*KH \mHnHphuhð hðB*KH mHnHphuU$hðhðB*KH mHnHphu5hðhð5>*B*CJ KH \aJ mHnHphu
hðKH $hð5>*B*CJ KH \aJ phÿ*hðhð5>*B*CJ KH \aJ phÿ'hðhð5B*CJ KH \aJ phÿ rps solides constitués datomes de métal liés à des atomes doxygène. Les principaux oxydes métalliques obtenus lors des combustions sont désignés par des formules chimiques
Nom du métalSymbole du métalNom de loxyde métalliqueFormule chimique de loxyde métalliqueFerFeOxyde fer IIIOxyde magnétique de fer
Fe2O3AluminiumAlOxyde daluminiumAlumineAl2O3CuivreCuOxyde de cuivre IICuOZincZnOxyde de zincZnO2°) Conservation de la masse
EMBED MSDraw.Drawing.8.2
On réalise la combustion du fer dans le dioxygène sur une balance électronique . On relève la masse indiquée par la balance : m = .........................g .
On enflamme la paille de fer à laide dune pile plate . A la fin de la combustion, on constate que la balance indique une nouvelle masse supérieure à celle initiale, cest-à-dire m = ......................g .
Cette augmentation est dûe à la formation de loxyde métallique formé et correspond à la quantité de dioxygène ayant réagi .
Ainsi , lors dune réaction chimique, la masse se conserve : la somme des masses des réactifs est égale à la masse (ou à la somme des masses) du (ou des) produit(s).
