corrosion
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T3 1 BAC PROFESSIONNELLE COMMENT PROTEGER UN VEHICULE CONTRE LA CORROSION ? I FACTEURS FAVORISANT LA CORROSION 1° Expériences 1 Réalisez les expériences ci-après, puis ajouter de la phénol phtaléine et du ferri cyanure de potassium dans les tubes 3, 4 et 5. Remarques * La coloration rose de la P.P. traduit la présence d'ions OH. * La coloration bleu-vert du ferricyanure de potassium traduit la présence d'ions * Le chlorure de calcium est un déshydratant. 2° Interprétation La corrosion nécessite de ................... (O2) et de l’.......................... Le milieu ................. ou les ions ......................... accélèrent le phénomène. La corrosion se traduit par la formation de rouille. II REACTION ENTRE LE CUIVRE METAL ET LES IONS ARGENT Ag+ 1° Expérience Verser dans un bêcher une solution de nitrate d'argent. Introduisez une lame de cuivre bien décapée dans cette solution, puis observez 2° Interprétation électronique 3° Remarque La solution de nitrate d'argent se transforme en .............................................. 4° Conclusion Une telle réaction est une réaction d’....................................... Le réducteur ........... est oxydé en ions Cu2+ et l’.................. Ag+ est réduit en métal ............ 5° Contre Expérience Introduisez un fil d'argent dans une solution de sulfate de cuivre II. P CORMERAIS Corrosion Page 1 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE III REACTION ENTRE LE ZINC METAL ET LES IONS CUIVRE Cu2+ 1° Expérience Verser dans un bêcher une solution de sulfate de cuivre II. Introduisez une lame de zinc bien décapée dans cette solution. 2° Interprétation électronique Ecrivez les deux demi équations redox, puis l'équation bilan de la réaction d'oxydoréduction. Quel est le réducteur ? .................. Quel est l'oxydant ? ....................... 3° Remarque La solution de sulfate de cuivre se transforme en ................... .................................. 4° Contre Expérience Introduisez une lame de cuivre dans une solution de sulfate de zinc. IV GENERALISATION La réaction d’oxydoréduction est l’ensemble de deux phénomènes simultanés. ...................... qui est une ................... d’électrons ...................... qui est un ..................... d’électrons. Le réactif qui capte un ou plusieurs électrons est l’..................... Le réactif qui perd un ou plusieurs électrons est le ..................... Ainsi le cuivre peut exister sous deux formes : Quelle est la forme oxydée du cuivre ? Quelle est la forme réduite du cuivre ? L'ensemble de ces deux formes constitue un couple oxydoréducteur Cu2+/ Cu. De façon générale, pour tout métal M donnant des ions Mn+ en solution, on pourra écrire : M n+ + n e..................... + n e- P CORMERAIS M ................. Corrosion Page 2 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE V CLASSIFICATION ELECTROCHIMIQUE 1° Règle Pendant la réaction spontanée d’oxydoréduction entre deux couples M n+ /M, c’est le réducteur le plus fort qui cède des électrons à l‘oxydant le plus fort. 2° Classification électrochimique des couples oxydo-réducteurs 3° Conclusion Un réducteur ne peut réduire que les formes oxydées des couples moins réducteurs que lui. Pouvoir Oxydant 1 Réducteur 1 Pouvoir Oxydant croissant croissant Réducteur Oxydant 2 Réducteur 2 Oxydant .... + Réducteur ..... croissant croissant Oxydant .... + Réducteur .... 4° Applications A l'aide de la classification, nommez quelques métaux attaqués par les solutions acides (H+ ou H3O+). Pourquoi les métaux comme l'or, l'argent, le cuivre sont appelés "métaux nobles" ? P CORMERAIS Corrosion Page 3 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE II PROTECTION 1° Expériences 2° Interprétation Il y a formation d’une .............. entre le fer et le cuivre Fe Fe2+ + 2e- O2 + 2H2O + 4 e- 4OH- 1. le fer est ................. quand il est en contact avec un métal moins ........................ que lui. 2. Ce sont les impuretés du fer qui permettent la formation de la pile donc de la .......................... 3. Le fer est protégé quand il est en contact avec un métal plus .................... que lui, c’est le zinc qui est corrodé. 3° Protection électrochimique a) Anode sacrifiée b) Revêtement métallique sacrifié Le fer peut être recouvert d’un métal plus réducteur : zinc, c’est la ................................ Si une fissure se forme, il se crée une pile et le ................. s’oxyde. Le fer peut être recouvert d’un métal moins ....................... : étain, c’est l’........................ c) Revêtement non métallique Phosphatation ou ............................... : bains de phosphate, traitement des carrosseries Passivation (anodisation) Formation d’une couche d’oxyde imperméable et protectrice. Exemple : aluminium anodisé. On plonge l’aluminium dans une solution d’acide sulfurique et on fait une électrolyse. P CORMERAIS Corrosion Page 4 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE Exercice 1 : Un fil de cuivre plongé dans une solution de chlorure de mercure II, se recouvre d'un dépôt gris. 1. Que se passe t-il ? 2. Ecrivez les 2 demi équations redox puis l'équation bilan de la réaction 3.Précisez quels sont l'oxydant, le réducteur, l'oxydation et la réduction. 4. Quelle sera la couleur finale de la solution ? Exercice 2 : On dépose un clou en fer dans une solution de nitrate d'argent. 1. Que se passe t-il ? 2. Ecrivez les deux demi équations redox puis l'équation bilan de la réaction 3. Précisez quels sont l'oxydant, le réducteur, l'oxydation et la réduction. Exercice 3 : Pouvez-vous conserver une solution de sulfate de cuivre II dans un récipient en aluminium ? Exercice 4 : On plonge une bague en argent dans une solution de chlorure d'or (AuCl3). La bague jaunit. 1. Que se passe t-il ? 2. Ecrivez les deux demi équations redox puis l'équation bilan de la réaction 3. Précisez quels sont l'oxydant, le réducteur, l'oxydation et la réduction. Exercice 5 : Les réactions suivantes sont-elles possibles ? * Cu2+ + Sn Cu + Sn2+ * Ni2+ + Ag 2+ 2+ * Fe + Cu Fe + Cu * Au 3+ + Zn * Sn2+ + Al Ni + Ag+ Au + Zn2+ Sn + Al3+ Exercice 6 Une statue en bronze est fixée à une stèle en granit à l’aide de vis en acier. Le bronze est un alliage de cuivre et de zinc avec, dans le cas de cet exercice, un pourcentage de cuivre bien supérieur à celui du zinc. Soumise aux conditions climatiques habituelles, les vis en acier (alliage de fer et de carbone) qui fixe la statue en bronze se sont couvertes de rouille au fil du temps. Les Romains connaissaient déjà la corrosion. Au premier siècle après Jésus-Christ, un texte de Pline (philosophe) mentionne des méthodes de protection pour éviter la corrosion du fer et du bronze : « On utilisait de l'huile ou du bitume pour le bronze ; de la poix, du gypse ou de la céruse pour le fer ». 1. En lisant l’énoncé précédent et à l’aide de la classification électrochimique, indiquer le métal qui subit la corrosion. 2. On considère qu’il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction dont une des étapes met en jeu les couples oxydant / réducteur suivants : Couple 1 : Fe 2+ / Fe Couple 2 : H3O+/ H2 Indiquer pour chaque couple l’oxydant et le réducteur. 3. Cette formation de rouille était prévisible. Expliquer pourquoi, lorsqu’on met en présence du cuivre, du fer et des ions H3O+, seule la vis peut être oxydée. (voir classification électrochimique du cours). 4. Écrire la demi-équation d’oxydation du fer en ions Fe 2+. 5. Recopier et équilibrer la demi-équation de réduction des ions H3O+ en dihydrogène H2 : ......... H3O+ + ….......e - H2 + ….... H2O 6. Recopier et équilibrer l’équation bilan de la réaction entre ces deux couples : Fe + …... H3O+ ........ Fe 2+ + ...... H2 + ...... H2O 7. Expliquer brièvement les raisons pour lesquelles les romains utilisaient de l’huile comme protection contre la corrosion de certains métaux. 8. Citer deux autres moyens pour ralentir ou éviter la corrosion de la vis en acier. P CORMERAIS Corrosion Page 5 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE Exercice 7 L'arbre de l'hélice représentée est en acier, il contient 98% de fer. Une anode en zinc (2) est vissée sur l'arbre. Son changement est nécessaire au minimum tous les deux ans. 1. Citer les couples électrochimiques pouvant réagir. 2. Indiquer quel est le métal le plus réducteur entre le fer et le zinc. Écrire la demi-équation de son oxydation. 3. Écrire une phrase qui indique le rôle de l'anode de zinc. Exercice 8 Le pare-choc de la « Peugeot 201 », à base de fer, est chromé (recouvert d'une couche de chrome Cr). Les couples redox en présence dans cette situation sont : Fe 2+ / Fe et Cr 3+ / Cr. 1. Écrire les deux demi-équations relatives à ces couples. 2. Écrire et équilibrer l'équation de la réaction d'oxydoréduction faisant intervenir ces deux couples. 3. Expliquer pourquoi le fer est protégé contre la corrosion par le chrome d'un revêtement métallique permet de lutter contre la corrosion. Citer deux autres méthodes de protection contre la corrosion des métaux. Exercice 9 L’eau circulant dans une tuyauterie est acide. Une partie des raccords de tuyauterie est en fer. 1. Une réaction chimique mettant en jeu les couples redox Fe2+ / Fe et H+/ H2 peut alors se produire. Écrire cette réaction. 2. Comment s’appelle le phénomène observé sur cette partie de la tuyauterie ? 3. Citer un moyen de protection contre ce phénomène. Exercice 10 Certaines toitures exposées au Nord se couvrent parfois de mousses pouvant à la longue provoquer des défauts d’étanchéité. On arrose la toiture d’un produit supprimant la mousse des pelouses. D’après l’étiquette, le produit contient 65 % de sulfate ferreux (Fe2+ SO42-, 5 H2O). Les ions ferreux Fe 2+ détruisent efficacement la mousse. Si la gouttière est munie d’une pente insuffisante, une solution contenant des ions ferreux peut rester en contact prolongé avec le zinc (Zn) de la gouttière. On constate alors une fragilisation de la gouttière, couverte de taches orangées. On donne la classification électrochimique suivante : 1. Expliquer en quelques phrases l’origine de la fragilisation de la gouttière, et l’origine des taches. 2. Traduire par une équation chimique la fragilisation de la gouttière. Nommer les espèces chimiques rencontrées. 3. Proposer une autre solution pour éliminer la mousse du toit. Exercice 11 Pour protéger une carlingue en fer contre la corrosion, on réalise sa galvanisation 1. Quel est le métal qui se dépose sur le fer ? 2. À quel pôle du générateur doit être reliée la carlingue? Justifier votre réponse 3. Recopier et compléter la demi-équation au niveau de la plaque de zinc : Zn → Zn2+ + …….. Donner le nom de ce type de réaction chimique. Exercice 12 La face arrière d’un congélateur est constituée d’une plaque de fer destinée à cacher les éléments du moteur. Pour protéger le fer de la corrosion, un des procédés utilisés est la galvanisation. Le dispositif est schématisé ci-après : 1. À quel pôle du générateur doit être reliée la plaque de fer si on veut la protéger ? 2. Quel métal se dépose sur la plaque de fer ? 3. Écrire la demi-équation électronique au niveau de la plaque de zinc. S’agit-il d’une oxydation ou d’une réduction ? 4. Citer un autre moyen de protéger le fer contre la corrosion. P CORMERAIS Corrosion Page 6 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE
