masse de cuivre dans une pièce de 10 centimes

Activité expérimentale
6
Quelle masse de cuivre
contient une pièce de 10
centimes d’euro ?
DansleprogrammedelaclassedePCSI:
Pour répondre à la question donnant son titre à notre activité, voici quelques documents,
provenantdediversessources,quipeuventêtreutiles:
Document Wikipédia
Lapiècede10centimesestcomposéed'unalliage,appeléornordique(oualliagenordique),
composé de 89% de cuivre, 5% d’aluminium, 5% de zinc et 1% d’étain en masse. Elle a un
diamètrede19,75mm,uneépaisseurde1,93mmetunemassede4,10g.
Document Wikipédia
Lesacidessontconnusdepuisl'Antiquitépourleurpouvoirdissolvantauprèsdesmétaux,ainsi
que,ilestvraidemanièrebienplusfloueavantlachimielavoisienne,lepouvoirdeneutraliser
lessolutionsalcalines.LechimistebritanniqueRobertBoylelesidentifiaitauXVIIèmesiècle,par
leur capacité à rougir la teinture de tournesol, mais aussi par leur surprenant pouvoir de
précipiterlesoufredesessolutionsalcalines.
Unedesprincipalespropriétésdessolutionsacidesestdepouvoirdissoudreungrandnombre
de matériaux. Le pouvoir de dissolution dépend de la concentration de l’acide et de la nature
chimiquedumatériauetdel’acide.
Les métaux, quand le potentiel standard E° du couple cation/métal dérivant de ce métal est
inférieur à 0, ne sont pas stables dans les solutions acides, ils sont donc oxydés (c’est-à-dire
ionisés par perte d’un ou plusieurs électrons); l’ion métallique peut alors rester sous forme
dissoute(solvatée),ousecombineravecunouplusieursionsdel’oxygèneetformerunoxyde.
L’aciditéestundesparamètresimportantsdelacorrosion.Ladissolutiondesmétauxestutilisée
engravured’art,c’estlatechniquedel’eauforte;
Lesacidesconcentréspeuventprovoquerdesbrûluressurlapeauetlesmuqueuses(yeux,
nez,bouche).L’utilisationd’acidesconcentrésdoittoujourssefairepardespersonnesformées
etéquipées(blouse,gants,lunette).
Les acides forts du laboratoire sont l’acide sulfurique H2SO4, l’acide nitrique HNO3 et l’acide
chlorhydriqueHCl.Ceux-cisonttotalementdissociésensolutionaqueuse.
Action de l’acide nitrique sur les métaux
L’acide nitrique réagit différemment des autres acides forts (HCl, H2SO4) sur les métaux en
raisondespropriétésoxydantesdel’anionnitrateNO3-.Ainsi,HNO3réagissantsurunmétal
ne donne jamais de dégagement de dihydrogène H2, contrairement à la plupart des autres
acides.
Lesmétauxtelsquelenickel,lecobalt,lecuivre,lemercure,l'argent,leplomb,lesélénium,le
bismuth,lezincetlecadmiumsedissolventdansl'acidenitrique.D'autresmétauxformentun
filmdepassivation(filmprotecteur).Lesalliagesàbasedefersedissolventmieuxdansl'acide
dilué. Comme il réagit avec la plupart des métaux (sauf l'or, l'iridium et le platine), il est très
utiliséenmétallurgieetenmicroélectronique.
Action de l’acide sulfurique sur les métaux
L'acide sulfurique attaque les principaux métaux usuels en donnant un sulfate métallique par
libération d'hydrogène. L'acide dilué attaque le fer, l’aluminium, le zinc, le manganèse et le
nickel,maisseull'acideconcentréetchaudpeutattaquerl'étainetlecuivre,tandisqueleplomb
etletungstènenesontpasattaqués.
Action de l’acide chlorhydrique sur les métaux
Lessolutionsd'acidechlorhydriqueconcentréespeuventdissoudrecertainsmétauxenformant
deschloruresd'oxydesmétalliquesetdudihydrogènegazeux.
Formation du monoxyde d’azote NO(g)
Le monoxyde d'azote peut être synthétisé au laboratoire selon les réactions d'oxydoréduction
suivantes, où un dérivé azoté de degré d'oxydation supérieur à +II (acide nitrique: +V; acide
nitreux: + III) est traité par le réducteur adéquat. Toutes ces réactions doivent être mises en
œuvreenl'absenced'oxygène,carcelui-cioxyderapidementNOendioxyded'azote,NO2,quiest
un gaz roux. La réaction de l’acide nitrique HNO3 par certains métaux comme le cuivre
conduisentàlaformationdeNO.
Lessolutionsd’ionscuivre(II)sontdessolutionsdecouleurbleue.Lessolutionsaulaboratoire
sontpréparéesàpartirdecristauxdesulfatedecuivre(II),pentahydratés.
Travailàréaliser
! Etablir un protocole détaillé qui permette de déterminer la teneur en cuivre
d’unepiècede10centimesd’euros.
! Consulterlesfichesdesécuritédesproduitsutilisés.
! Mettreenœuvreceprotocole.
! Justifierlavaleurduvolumedesolutiond’acidesulfuriqueutilisé,soit30mL.
! Les résultats des différents groupes seront compilés de façon à effectuer un
calculd’incertitudedetypeA.
! Regardez dans votre porte-monnaie le nombre de pièces de 10 centimes que
vouspossédez.EvaluerlamassedecuivrecirculantenFrancesouslaformede
piècesde10centimes.
Verrerie courante du laboratoire, produits communs du laboratoire de chimie, Handbook, sont à votre
disposition…commeAnne-Françoiseetmoi.☺