Chimie, chapitre 6 : Le dihydrogène, une source d'énergie du futur?

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1 Chimie, chapitre 6 : Le dihydrogène, une source d'énergie du futur? 1. L'ion hydrogène 1.1 Les ions Un atome est composé de protons (situés dans un endroit appelé noyau) autour desquels tournent les électrons. Il y a du vide entre les deux. Un atome est neutre car il y a autant d électrons que de protons. Mais, si l atome perd ou gagne un (ou des) électron(s), il change de propriétés : il devient un ion. Exemple 1 : le sel de cuisine solide, appelé chlorure de sodium, Cl (Z = 17) et Na (Z=11) 11e 11p+ Dissolution dans l eau 18 e 10e 11p+ Exemple 2 : chlorure de fer III Cl (Z= 17) et Fe (Z=26) NaCl Cl c est anion Na + c est cation 18e 26e 26p+ Dissolution dans l eau 23 e 26p+ Fe 3+ 18e FeCl 3 3 Cl c est cation 18e ce sont des anions Exemple 3 : chlorure d hydrogène Cl (Z= 17) et H (Z=1) Acide chlorhydrique 1e 1p+ Dissolution dans l eau 18 e 0e 1p+ HCl Cl c est anion H + c est cation M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 1/8

2 Pour tester la présence d ions, je prends quelques millilitres de la solution à tester dans un tube à essai puis j ajoute de la soude ou du nitrate d argent. J observe la couleur du précipité (solide en suspension). Si un précipité bleu se forme avec la soude, il y a des ions Cu 2+ dans la solution. Si un précipité vert se forme avec la soude, il y a des ions Fe 2+ dans la solution. Si un précipité rougeâtre se forme avec la soude, il y a des ions Fe 3+ dans la solution. Si un précipité blanc se forme avec le nitrate d argent, il y a des ions Cl dans la solution. Application : trouver les ions présents dans ces solutions Test avec la soude Test avec le nitrate d argent Ion détecté Sang de troll rien Précipité blanc Cl Sang d orque Précipité vert rien Fe 2+ Sang d elfe Précipité bleu rien Cu 2+ Sang de nain Précipité orangé Précipité blanc Fe 3+ + Cl M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 2/8

3 1.3 Qu est ce qu une solution acide? Neutre? Ou basique Une solution est le résultat d une dissolution d un soluté (ex le sel) par un solvant (ex l eau). Dans le cas où le solvant est de l eau, on parle de solution aqueuse. a) Le ph : définition Le ph est une mesure de l acido/basicité d une solution aqueuse. De + en + acide De + en + basique Zone acide Zone basique b) Mesure On utilise un petit bout de papier ph qui change de couleur en fonction du ph. Schématisation du déroulement de la mesure : Situation Initiale Agent modificateur Situation finale Petit bout de papier ph neutre Observations : Je vais mesurer des valeurs de ph. On met un goutte de la solution à tester à l aide d une tige en verre. Solution ph acide/neutre/basique Ions présents Eau du robinet 7 N H + et HO Acide chlorhydrique 0 A H + et Cl soude 14 B Na + et HO Eau de Volvic 7 N H + et HO vinaigre 3 A H + et CH 3 COO Eau distillée 7 N H + et HO Déboucheur évier 14 B Na + et HO Eau salée 7 N Na + et Cl Conclusion : L ion qui rend acide est l ion hydrogène H + : plus il y a de H +, plus c est acide. L ion qui rend basique est l ion hydroxyde HO : plu il y a de HO, plus c est basique. Quand c est neutre, il y a autant des deux ou aucun des deux. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 3/8

4 1.4 Démarche scientifique Un crime a eu lieu au collège. Il n'y a aucun témoin mais on a retrouvé, dans la main serrée du cadavre, un morceau de tissu arraché à son agresseur. L analyse du tissu a révélé que celui ci portait des traces d'un liquide dont on a pu mesurer le ph. Ce ph est égal à 2. Les premières investigations permettent de suspecter les personnes suivantes: - La femme de ménage utilisant de l eau de Javel - Le cuisinier ayant utilisé du jus de citron pour réaliser un dessert. - La documentaliste buvant du cola et de la limonade. - L agent d entretien utilisant un produit déboucheur et un produit d entretien. - Le professeur de Physique Chimie utilisant de l'eau du robinet et une solution d acide chlorhydrique diluée. Votre mission?...trouver le coupable parmi ces suspects. Vous disposez de papier ph et d échantillons des différents liquides. Je vais mesurer des valeurs de ph. Solution ph acide/neutre/basique Eau de Javel 14 B Jus de citron 4 A Soda 2 A Déboucheur 14 B Eau du robinet 7 N Acide chlorhydrique dilué 5 A C est donc la documentaliste la coupable! M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 4/8

5 2. La molécule de dihydrogène 2.1 La pile à combustible 2.2 Caractéristique C est un gaz incolore, inodore et très léger. Sa formule est H 2 Son test d identification : au contact d une flamme, il explose. Schéma : Petite détonation H 2 Réaction : 2H 2 + O 2 2H 2 O Cavendish a découvert le dihydrogène en 1766 par une réaction entre le zinc et l acide chlorhydrique. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 5/8

6 2.3 Production de dihydrogène A Expérience de Cavendish Cavendish a découvert le dihydrogène en 1766 par une réaction entre le zinc et l acide chlorhydrique. Il a réalisé l'expérience suivante : dihydrogène Symbole : Zn Numéro atomique : Z = 30 Zinc et acide 30e 30p+ Perte de deux électrons 28e 30p+ Zn Zn 2+ l atome est neutre l ion n est pas neutre : il est positif, c est un cation n p+ = n e n p+ n e Il y a une détonation. Zinc + acide chlorhydrique dihydrogène + ion zinc II B Réaction entre le fer et l'acide chlorhydrique Schéma du déroulement de l expérience Situation Initiale Agent modificateur Situation finale H + et Cl Fe On met l acide sur le fer bulles Observations Je vois que le fer est «rongé». Je vois l apparition de bulle. De quel gaz sont formées ces bulles? Le test à la flamme est positif : ce sont des bulles de dihydrogène. En quoi se transforme le fer? Le test à la soude est vert : il y a des ions Fe 2+ On remarque que le test au nitrate d argent est blanc : il y a toujours des ions Cl Conclusion fer + acide chlorhydrique dihydrogène + ion fer II + ion chlorure Fe + (H + + Cl ) H 2 + Fe 2+ + Cl Équation ajustée (ceci est hors programme de 3 ) Fe + 2 H + H 2 + Fe 2+ M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 6/8

7 C Réaction entre un métal et l'acide chlorhydrique a) Cas du magnésium Symbole : Mg Numéro atomique : Z = 12 12e 12p+ Perte de deux électrons 10e 12p+ Mg Mg 2+ l atome est neutre l ion n est pas neutre : il est positif, c est un cation n p+ = n e n p+ n e Il y a une détonation. Magnésium + acide chlorhydrique dihydrogène + ion magnésium II b) Cas de l aluminium Symbole : Al Numéro atomique : Z = 13 13e 13p+ Perte de trois électrons 10e 13p+ Al Al 3+ l atome est neutre l ion n est pas neutre : il est positif, c est un cation n p+ = n e n p+ n e Il y a une détonation. Aluminium + acide chlorhydrique dihydrogène + ion aluminium III c) Cas du cuivre Symbole : Cu Numéro atomique : Z = 29 19e 29p+ Perte de deux électrons 27e 29p+ Cu Cu 2+ l atome est neutre l ion n est pas neutre : il est positif, c est un cation n p+ = n e n p+ n e Il n y a pas de détonation! Le cuivre ne réagit pas avec l acide chlorhydrique. Les métaux nobles (or, platine...) ne réagissent pas avec l acide chlorhydrique. M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 7/8

8 D Électrolyse de l'eau L électrolyse de l eau consiste en la décomposition de la molécule d eau par passage d un courant électrique. Elle peut être utilisée pour décomposer l'eau en dihydrogène ett en dioxygène. Ceci n est pas au progra mme de 3 Les réactions s écrivent comme suit : Réaction à l'anode (Oxydation) : Réaction à la cathode(réduction): Soit globalement : M Ischan I, professeur au collège Agrippa d'aubigné 8/8

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