Classification électrochimique des métaux par rapport au dihydrogène
Objectifs
À la fin de cette leçon, vous saurez :
• établir une classification électrochimique des métaux par rapport au dihydrogène ;
• utiliser cette classification pour prévoir l'action d'un ion métallique sur un métal ;
• prévoir l'action d'un acide sur un métal.
Introduction : le cuivre brillant
Pour rendre leur éclat à des objets en cuivre, on les nettoie avec de l'acide chlorhydrique : l'acide dissout les impuretés, mais il n'attaque pas le cuivre.
Pourtant, ce même acide attaque le fer et le zinc. Pourquoi le cuivre résiste-t-il ?
I. Classer quelques métaux entre eux
1. Le fer et le cuivre
Observations
- Une lame de fer plongée dans une solution d'ions Cu2+ se couvre de cuivre :Cu2+ + Fe (sd) Cu (sd) + Fe2+
- Une lame de cuivre laissée très longtemps dans une solution d'ions Fe2+ ne se couvre pas de fer : la réaction inverse ne se fait pas.
Le fer réduit les ions Cu2+, mais le cuivre ne réduit pas les ions Fe2+ : le fer a plus tendance que le cuivre à passer à l'état de cation. Le fer est plus réducteur que le cuivre.
2. Le cuivre et l'argent
Observations
- Un fil de cuivre dans une solution d'ions Ag+ se couvre d'argent et la solution bleuit :2 Ag+ + Cu (sd) 2 Ag (sd) + Cu2+
- Un fil d'argent dans une solution de sulfate de cuivre (II) ne se couvre pas de cuivre.
Le cuivre est donc plus réducteur que l'argent.
3. Le fer et l'argent
On plonge une lame de fer décapée dans une solution de nitrate d'argent (0,1 mol.L-1) : elle se couvre d'un dépôt noirâtre d'argent et la solution, incolore, devient jaune verdâtre à cause des ions Fe2+ formés.
Un fil d'argent dans une solution d'ions Fe2+ ne donne aucun changement.
Le fer est donc plus réducteur que l'argent.
4. Classer trois métaux
- Le fer est plus réducteur que le cuivre ;
- le cuivre est plus réducteur que l'argent ;
- le fer est plus réducteur que l'argent.
Ces trois résultats sont cohérents : on peut ranger les métaux sur un axe, selon leur pouvoir réducteur décroissant.
5. Généralisation
- Une lame d'aluminium dans une solution de sulfate de zinc se couvre d'un dépôt gris de zinc :2 Al (sd) + 3 Zn2+ 2 Al3+ + 3 Zn (sd)
- Une lame de zinc dans une solution de sulfate de fer (II) se couvre d'un dépôt noirâtre de fer :Zn (sd) + Fe2+ Zn2+ + Fe (sd)
Les réactions inverses ne donnent rien : l'aluminium est plus réducteur que le zinc, et le zinc plus réducteur que le fer. Avec d'autres expériences du même type, on obtient :
II. La place du dihydrogène
1. Les acides et le fer
Les acides comme l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique dilués ont un anion non oxydant : seuls les ions H3O+ peuvent réagir.
Le fer est attaqué par l'acide chlorhydrique, avec un dégagement de dihydrogène :
Le fer réduit les ions hydronium : il a plus tendance à passer à l'état de cation que l'hydrogène. Le fer est plus réducteur que le dihydrogène : sur l'axe, H2 se place à droite du fer.
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