Chapitre 4 : LA REACTION ENTRE L ACIDE CHLORHYDRIQUE ET LE FER I-Activité Un incendie s'est déclaré ce jeudi vers 18 h 30 dans un entrepôt de 2000 m 2 de l usine Metalutex. Une entreprise de stockage de matériel industriel. Les sapeurs-pompiers sont sur les lieux dans la zone industrielle. Les 45 pompiers qui sont sur place ont réussi à circonscrire l'incendie. Cependant ils vont passer la nuit en surveillance. Le personnel a été évacué. Il n'y a pas de victimes. La police scientifique ainsi que les assureurs sont arrivés sur les lieux rapidement afin de comprendre les raisons de cet accident. Vous êtes enquêteur scientifique stagiaire et votre tuteur vous demande de vous occuper de l enquête : vous devez donc lui rédiger un compte rendu de ce qu il s est passé. Le compte rendu devra être clair et toutes vos affirmations devront être justifiées. N hésitez pas à faire des schémas. Voici les premiers témoignages recueillis : Déclaration des voisins de l usine arrivés les premiers sur les lieux : Nous avons entendu un grand bruit d explosion. Nous avons alors regardé ce qu il se passait par la fenêtre : un incendie se déclarait alors sur l aile droite du bâtiment C. Nous avons alors immédiatement appelé les pompiers. Lorsque les pompiers sont arrivés tout l entrepôt était en feu. Déclaration de M Férieux, le gardien de nuit : J étais en train de faire ma ronde afin de vérifier que les entrepôts étaient correctement rangés et qu il n y avait rien d anormal. Lorsque je suis arrivé à l entrepôt C, j ai senti une odeur piquante et j ai vu, à l aide de ma lampe torche, un liquide visqueux sur le sol. Ma lampe torche s est alors éteinte (les piles étant déchargées), j ai alors allumé mon briquet afin de voir où était la sortie pour aller chercher d autres piles. C est alors qu il y a eu une explosion qui m a violemment projeté vers l extérieur du bâtiment C. Je me suis réveillé lorsque les pompiers sont arrivés. Heureusement je n ai rien eu de grave, juste un bon mal de tête et quelques côtes fêlées. La semaine dernière j avais déjà signalé que des flacons d acide chlorhydrique, stockés de manière temporaire dans l entrepôt C, du aux travaux de l entrepôt B, étaient mal calés et risquaient de se renverser et de se briser. Déclaration de M Chlorex, directeur des entrepôts : Je ne m explique pas cet accident dans l entrepôt C : actuellement il n y avait que des stocks de limailles de fer posés au sol que nous gardions avant de les expédier vers l aciérie. En revanche le bâtiment B qui stockait habituellement des produits chimiques, était en travaux. Ces produits chimiques sont donc stockés de manière temporaire dans les différents bâtiments A et C. C est tout ce que je peux vous dire. Déclaration de M Lancier, chef des sapeurs-pompiers : Lorsque nous sommes arrivés, l entrepôt était totalement en feu. Nous avons immédiatement porté secours au gardien de nuit qui était au sol inconscient. On peut dire qu il a eu de la chance d avoir était expulsé vers l extérieur. Au sol du bâtiment C, nous avons découvert un liquide au sol. Nous avons recueilli un échantillon que nous allons vous donner. Document 2 : plan de l entrepôt
Voici le plan de l entrepôt donné par le directeur des entrepôts Bâtiment A : stockage des pièces prêtes à être envoyées Bâtiment B : stockage des produits chimiques non inflammables Bâtiment C : stockage des métaux Bâtiment D : stockage des produits inflammables Bâtiment E : bureaux Document 3 : extrait du livre «Le livre de l enquêteur» Ce qu il faut savoir sur les incendies et les explosions Un incendie est une combustion, qui émet de grandes quantités de chaleur, des fumées et des gaz polluants. Pour qu il se déclare, il faut que soient présents, simultanément sur le lieu de travail, 3 éléments : un combustible, c est-à-dire une matière capable de se consumer (matériaux de construction, bois, essence), un comburant qui, en se combinant avec le combustible, permet la combustion (oxygène, air), une source d énergie qui va déclencher la réaction de combustion (électricité, flamme nue, cigarette). À la différence de l incendie, l explosion est une transformation chimique quasiment instantanée. Elle provoque un effet de souffle accompagné de flammes et de chaleur. Elle ne peut survenir qu après formation d une atmosphère explosive. Document 4 : rapport d analyse de l échantillon de liquide découvert dans le bâtiment C après l incendie. A l aide du test à la soude (hydroxyde de sodium), on observe la formation d un précipité vert. Les autres tests furent négatifs.
Document 5 : tableau de test des gaz GAZ DIOXYGENE O2 Test de présence Ravive l incandescence de la bûchette DIHYDROGENE H2 Pfuitt (petite explosio DIOXYDE DE CARBONE CO2 L eau de chau x se troub EAU H2O Test au sulfate de cuivre anhydre Résolution de l enquête :
II-Quelques rappels à propos des transformations chimiques -Définition d une transformation chimique : Au cours d une transformation chimique, des réactifs sont consommés et des produits nouveaux se forment. REACTIFS PRODUITS -Définition d un réactif : Corps consommé au cours d une transformation chimique -Définition d un produit : Corps formé au cours d une transformation chimique III-Etude de la réaction entre l acide chlorhydrique et le fer 1-Etude de l expérience a-expérience : Versons quelques millilitres d acide chlorhydrique de formule H + + Cl - dans un tube à essai. Introduisons un morceau de paille de fer dans le tube à essai. b-observations : Lorsque l acide chlorhydrique entre en contact avec la paille de fer, il se produit une transformation chimique. On observe une effervescence. Cette effervescence observée montre qu il y a un dégagement gazeux. 2-Analyse de la solution de détermination des produits formés. a-caractérisation du gaz formé : Expérience : Afin de caractériser ce gaz, nous approchons une allumette au dessus du tube. Observation En approchant une allumette au dessus du tube à essai, il se produit une détonation. Interprétation : La détonation qui se produit est caractéristique de la combustion d un gaz, le dihydrogène de formule H2. Cette détonation constitue le test du dihydrogène de formule H2.
Conclusion : -Pour caractériser le dihydrogène de formule H2, on observe, en approchant une allumette, une détonation. -La réaction chimique entre l acide chlorhydrique et le fer forme comme produit du dihydrogène de formule H2. b-analyse de la solution : Afin de déterminer les espèces présentes dans la solution après la réaction, nous versons la solution obtenue dans deux béchers différents. Expérience : -Afin de déterminer les espèces présentes dans la solution après la réaction, nous versons la solution obtenue dans deux béchers différents. -Afin de réaliser le test au nitrate d argent, nous ajoutons quelques gouttes de nitrate d argent dans le premier bécher. -Afin de réaliser le test à la soude, nous ajoutons quelques gouttes de soude dans le deuxième bécher. Observation : -Le test au nitrate d argent montre un précipité blanc qui noircit à la lumière, caractéristique des ions chlorures de formule Cl -. Ces ions déjà présents dans la solution initiale, se trouvent aussi dans la solution finale. -Le test à la soude montre un précipité vert, caractéristique des ions fer (II) de formule Fe 2+. Ces ions n étaient pas présents dans la solution initiale : des atomes de fer (Fe) se sont transformés en ions fer (II), de formule Fe 2+. -Une analyse plus poussée montrerait que : -les ions chlorure n ont pas réagi = ce sont des ions spectateurs, ils n interviennent donc pas dans la réaction chimique et donc dans l équation bilan. -le ph a augmenté, donc des ions hydrogène de formule H + ont réagi et ont donc disparus Conclusion : -Lors de la transformation chimique entre le fer et l acide chlorhydrique : -le fer et les ions hydrogène de formule H +, provenant de l acide chlorhydrique, sont consommés ; ils constituent donc les réactifs. -du dihydrogène de formule H2 et des ions fer (II) de formule Fe 2+ se sont formés ; ils constituent donc les produits. -Cette transformation chimique est modélisée par une réaction chimique dont l équation bilan s écrit :
2H + + Fe H 2 + Fe 2+ REACTIFS PRODUITS