Réactions des acides : métaux, calcaire et neutralisation

Ce que fait une solution acide sur un métal (dihydrogène et ions métalliques), sur le calcaire (dioxyde de carbone) et sur une base (neutralisation) ; suivre une neutralisation au BBT ; utiliser sans danger les produits acides et basiques du quotidien.

À propos de cette page

Six problèmes corrigés : le punch empoisonné par le zinc d’un bidon galvanisé, un fil de fer qui disparaît dans l’acide, une cafetière à détartrer, deux acides comparés au BBT, le pH d’une piscine à corriger et un comprimé antiacide au bicarbonate.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je repère ce que l’acide rencontre : un métal, un carbonate ou une base.
J’écris (ou je lis) l’équation avec les seules espèces qui réagissent et je nomme les produits : dihydrogène et ion du métal, dioxyde de carbone, eau.
Je relève les données avec leurs unités (g, mg, mL, m³, pH) et je les convertis si besoin (500 mg = 0,5 g).
Pour une masse ou un volume, j’utilise la proportionnalité avec la donnée de référence ; pour un dosage, le volume au virage est proportionnel à la quantité d’acide.
Je conclus avec le vocabulaire du cours (spectateur, neutralisation, exothermique, carbonate) et je vérifie l’ordre de grandeur.

Problème 1 · Le punch du cours de cuisine★★★Facile

En novembre 1982, au Nouveau-Mexique, un punch fait de jus de fruits, de limonade et de soda est préparé la veille pour des élèves d’un cours d’économie domestique, puis gardé toute la nuit dans des bidons en acier galvanisé (recouvert de zinc), déjà très corrodés. Le lendemain, 18 des 31 élèves interrogés ont des nausées et des maux de ventre, parfois un goût métallique. Les analyses trouvent beaucoup de zinc dans leur organisme.

1. Le punch est-il acide, neutre ou basique ?
Jus de fruits, limonade et soda sont acides : ils contiennent des ions H⁺ en excès.
2. Métal du revêtement attaqué par la boisson : le
Le zinc du revêtement galvanisé.
3. Formule des ions métalliques passés dans le punch :
Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂ : les ions zinc restent dissous dans la boisson.
4. Part des élèves interrogés qui ont été malades, arrondie à l’unité : %
$18 \div 31 \times 100 \approx 58$ %.
5. Matériau à choisir pour garder une boisson acide (verre ou acier galvanisé ?) : le
Le verre (ou le plastique alimentaire, l’inox), que l’acide n’attaque pas.

Problème 2 · Le fil de fer qui disparaît★★★Facile

On plonge un fil de fer de 1,12 g dans un tube contenant de l’acide chlorhydrique en excès. Le fil mousse, puis disparaît ; la solution devient vert pâle. Données : 56 g de fer réagissent avec 73 g de chlorure d’hydrogène et libèrent 2 g de dihydrogène ; 1 L de dihydrogène a une masse de 0,083 g.

1. Ion formé, que la soude révèle par un précipité vert (formule) :
L’ion fer (II) Fe²⁺.
2. Masse de dihydrogène libérée quand tout le fil a disparu : g
$1, 12 \div 56 = 0, 02$ ; $0, 02 \times 2 = 0, 04$ g.
3. Masse de chlorure d’hydrogène consommée : g
$1, 12 \div 56 = 0, 02$ ; $0, 02 \times 73 = 1, 46$ g.
4. Volume de ce dihydrogène, arrondi à la dizaine : mL
$0, 04 \div 0, 083 \approx 0, 482$ L, soit environ 480 mL : près d’un demi-litre de gaz pour un petit fil.
5. On recueille ce gaz dans des tubes à essai de 20 mL. Nombre de tubes remplis :
$482 \div 20 \approx 24$ : 24 tubes pleins.

Problème 3 · La cafetière entartrée★★★Moyen

Une cafetière électrique est entartrée par 3,0 g de calcaire CaCO₃. On la détartre avec un détartrant acide, versé en excès. Données : 100 g de calcaire réagissent avec 73 g de chlorure d’hydrogène et libèrent 44 g de dioxyde de carbone. Arrondis les masses au dixième.

1. Gaz qui se dégage pendant le détartrage : le
CaCO₃ + 2 H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂ : du dioxyde de carbone.
2. Masse de ce gaz libérée par le détartrage complet : g
$3, 0 \times 44 \div 100 = 1, 32$ , soit environ 1,3 g.
3. Masse de chlorure d’hydrogène nécessaire au minimum : g
$3, 0 \times 73 \div 100 = 2, 19$ , soit environ 2,2 g.
4. Signe que tout le calcaire a réagi : il n’y a plus de .
Plus de bulles : un réactif, le calcaire, est entièrement consommé.
5. Après le détartrage, on fait couler plusieurs fois de l’eau claire pour éliminer l’ restant.
Pour éliminer l’acide restant, qui donnerait un mauvais goût et attaquerait les métaux de l’appareil.

Problème 4 · L’acide du flacon de réserve★★★Moyen

Au laboratoire, on compare l’acide chlorhydrique d’un flacon de réserve à celui des paillasses, avec la même soude et du BBT. Dans 10 mL de l’acide des paillasses, le BBT vire au vert pour 7 mL de soude. Dans 10 mL de l’acide de réserve, il reste jaune jusqu’à 20,5 mL, devient vert à 21 mL et bleu à partir de 21,5 mL.

1. Volume de soude au virage pour l’acide de réserve : mL
Le BBT est vert pour 21 mL : c’est la neutralisation exacte.
2. L’acide de réserve est fois plus concentré que celui des paillasses.
Même volume d’acide et $21 \div 7 = 3$ : trois fois plus de soude, donc trois fois plus d’ions H⁺ : 3.
3. Volume de soude au virage pour 4 mL de l’acide de réserve : mL
$21 \div 10 \times 4 = 8, 4$ mL : le volume au virage est proportionnel au volume d’acide.
4. Pour que 10 mL de l’acide de réserve virent dès 10,5 mL, il faudrait une soude fois plus concentrée.
$21 \div 10, 5 = 2$ : chaque millilitre de soude doit apporter deux fois plus d’ions HO⁻.

Problème 5 · Régler le pH d’une piscine★★★Difficile

Les fabricants conseillent de garder le pH de l’eau d’une piscine entre 7,2 et 7,6 : plus bas, l’eau irrite les yeux et attaque les métaux ; plus haut, le chlore désinfecte mal. Un bassin contient 50 m³ d’eau. Mode d’emploi : « pour baisser le pH de 0,1, ajouter 100 g de pH moins par 10 m³ d’eau ; pour l’augmenter de 0,1, ajouter 150 g de pH plus par 10 m³ ». Le pH moins est de l’hydrogénosulfate de sodium.

1. Le pH mesuré est 8,0. Produit à ajouter (pH moins ou pH plus) :
L’eau est trop basique : il faut le pH moins, qui apporte des ions H⁺.
2. Ions que le pH moins apporte à l’eau (formule) :
Des ions H⁺, qui neutralisent une partie des ions HO⁻ de l’eau.
3. Masse de pH moins pour ramener le pH de 8,0 à 7,4 : kg
Baisse de 0,6 = 6 fois 0,1 ; 50 m³ = 5 fois 10 m³ : $6 \times 100 \times 5 = 3 000$ g, soit 3 kg.
4. Une semaine plus tard, le pH est 6,9. Masse de pH plus pour revenir à 7,4 : g
Hausse de 0,5 = 5 fois 0,1 : $5 \times 150 \times 5 = 3 750$ g.
5. On ne verse jamais le pH moins avec le chlore de la piscine : un acide et un produit chloré dégagent du , un gaz toxique.
Du dichlore, comme le mélange eau de Javel + détartrant.

Problème 6 · Le comprimé contre les brûlures d’estomac★★★Difficile

Notice d’un antiacide : « chaque comprimé contient 500 mg d’hydrogénocarbonate de sodium NaHCO₃ ; il neutralise l’excès d’acide chlorhydrique de l’estomac ». Équation : NaHCO₃ + H⁺ → Na⁺ + H₂O + CO₂. Données : 84 g d’hydrogénocarbonate de sodium réagissent avec 36,5 g de chlorure d’hydrogène et libèrent 44 g de dioxyde de carbone. Arrondis au centième.

1. Nombre d’atomes d’oxygène de chaque côté de l’équation :
À gauche, 3 dans NaHCO₃ ; à droite, 1 dans H₂O et 2 dans CO₂ : 3.
2. Masse de chlorure d’hydrogène neutralisée par un comprimé : g
500 mg = 0,5 g ; $0, 5 \times 36, 5 \div 84 \approx 0, 217$ , soit 0,22 g.
3. Masse de gaz produite par un comprimé : g
$0, 5 \times 44 \div 84 \approx 0, 262$ , soit 0,26 g de CO₂ : c’est lui qui fait roter.
4. Ion de l’acide de l’estomac qui reste spectateur (formule) :
L’ion chlorure Cl⁻ ne réagit pas.
5. Qualité d’une base qui convient pour l’estomac : elle doit être peu (contrairement à la soude).
Peu agressive : la soude, corrosive, brûlerait l’œsophage et l’estomac.

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