1 EXAMEN DE LABORATOIRE Chimie générale ANALYSE

EXAMEN DE LABORATOIRE
Chimie générale
ANALYSE QUANTITATIVE DU ZINC
RECOUVRANT DES CLOUS GALVANISÉS
1. But
Déterminer le pourcentage massique de zinc sur des clous galvanisés par deux
méthodes : à partir de la quantité de gaz dégagé et à partir de la masse perdue.
2. Théorie
Une méthode d'analyse très répandue des métaux actifs (zinc, magnésium ou
aluminium) consiste à les faire réagir avec une solution aqueuse d'acide non oxydant.
Dans cette expérience, cette méthode sera utilisée pour analyser le zinc qui recouvre
des clous galvanisés.
Le zinc est un métal qui, à l'air libre, s'oxyde et se recouvre d'une mince couche
d'oxyde qui, contrairement à l'oxyde de fer, adhère fortement au métal sous-jacent.
Ainsi, cette couche d'oxyde de zinc, en isolant le zinc situé sous cette dernière,
empêche le zinc de se corroder en profondeur. Par conséquent, en plaquant les clous
(en acier) d'une couche de zinc métallique, ces clous, dits galvanisés, résistent
davantage à la corrosion. Ce même procédé est d'ailleurs utilisé pour protéger les
structures d'acier de certains ponts.
En présence d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique, la couche d'oxyde de zinc
réagit rapidement selon l'équation de la réaction acido-basique suivante:
ZnO (s) + 2 HCl (aq) ——> ZnCl2 (aq) + H2O (g)
avant que le zinc ne commence à réagir en dégageant de l'hydrogène selon l'équation
chimique suivante:
Zn (s) + 2 HCl (aq) ——> ZnCl2 (aq) + H2 (g)
Une fois que tout le zinc a réagi, la réaction du fer avec l'acide chlorhydrique
commence mais se fait beaucoup plus lentement que la précédente dans les conditions
expérimentales utilisées.
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La masse perdue lors de la réaction rapide permet de calculer le pourcentage
massique de zinc sur les clous galvanisés sachant que:
m Zn
% Zn = m
x 100
clous
Ce pourcentage pourra être comparé à celui calculé à partir du volume d’hydrogène
gazeux dégagé, lequel est mesuré par déplacement d'eau à l'aide d'un montage
similaire à celui de la figure 1.
B
A
C
*
* Il est à noter que le vérin est absent sous le cylindre gradué dans ce schéma, mais devra
être présent lors de l’expérimentation.
A et B Pince plate
C Pince à trois doigts
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Au début, on débranche l'erlenmeyer et on amorce le siphon B. En raison du principe
des vases communicants, une partie de l'eau du barboteur se vide de façon à ce que le
niveau d'eau devienne le même dans le barboteur et dans le cylindre gradué. Avant
d’ajouter le mélange réactionnel dans l'erlenmeyer, on referme le système et on note
le volume d'eau dans le cylindre lorsque les niveaux d'eau du barboteur et du
cylindre gradué sont égaux. L'augmentation de pression due à l'hydrogène dégagé
provoque un déplacement d'eau vers le cylindre gradué. Le volume d'eau ainsi
déplacée peut être considéré égal au volume d'hydrogène dégagé par les réactions
chimiques, l'hydrogène étant pratiquement insoluble dans l'eau.
À la fin de l'expérience, on égalise de nouveau les niveaux d'eau du barboteur et du
cylindre gradué sans ouvrir l'erlenmeyer contenant le mélange réactionnel dans le but
de mesurer le volume d’eau final dans le cylindre. À ce moment, la pression
atmosphérique, p atm, compense exactement la pression interne du système, laquelle
est due à la pression du gaz hydrogène, p H2 , et à celle de la vapeur d'eau, p H2O :
p atm = p H2 + p H2O
Alors que la pression de vapeur d'eau, p H2O, peut être trouvée selon la température de
l'eau (dans une table disponible au laboratoire), la pression d'hydrogène, p H2 , peut
être transformée en nombre de mole d'hydrogène, n H2 en se servant de l'équation des
gaz parfaits:
nH
2
=
pH x V H
2
2
RT
où T est la température de l'hydrogène (en K), V est le volume d'hydrogène dégagé
(en L) et R la constante des gaz parfaits (8,3145 kPa L / mol K)
L'équation chimique équilibrée de la réaction du zinc nous permet de faire des calculs
stoechiométriques pour déterminer le pourcentage massique de zinc sur des clous
galvanisés déjà pesés.
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3. Partie expérimentale
A. Préparation du montage
1. Faire le montage représenté à la figure 1.
2. Remplir le barboteur jusqu'au bas du col avec de l'eau du robinet dont la
température est près de celle de la pièce.
3. Verser environ 30 mL d'eau distillée dans le cylindre gradué.
4. En soufflant à l'aide d'une poire dans le tube A reliant l'erlenmeyer au
barboteur, remplir le siphon B reliant le barboteur au cylindre gradué.
Note: S'assurer qu'il ne reste pas d'air emprisonné dans le tube.
5. Mettre au même niveau l'eau du cylindre gradué et celle du barboteur en
élevant le cylindre gradué, tout en gardant environ 30 mL d'eau dans le
cylindre gradué.
Note: Les pressions au-dessus de liquides communiquant sont égales si leurs
surfaces sont au même niveau.
6. Verser environ 50 mL d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique, HCl 3
mol/L, dans un erlenmeyer de 125 mL.
7. Fermer l'erlenmeyer et noter le volume d'eau en maintenant l'extrémité du
tube dans le cylindre gradué presque à la surface de l'eau.
Notes: En pressant le bouchon pour fermer l'erlenmeyer, les gaz sont
comprimés et la pression change.
L'extrémité du tube doit être maintenue presque à la surface de l'eau
de façon à éviter le déplacement d'eau dû au volume du tube. Le
tube devra être maintenu de la même façon lors de la mesure finale
du volume.
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B. Mesure du volume d'hydrogène dégagé
1. Peser précisément deux clous galvanisés.
2. Déposer les clous dans l'erlenmeyer et fermer immédiatement.
3. Lorsque la réaction avec le zinc est terminée, égaliser les niveaux d'eau sans
ouvrir l'erlenmeyer en maintenant l'extrémité du siphon près de la surface
et noter le volume d'eau dans le cylindre gradué.
4. Noter la pression atmosphérique et la température de la pièce.
Note: La température de l'hydrogène gazeux est considérée comme étant
celle de la pièce puisque ce gaz est principalement en contact avec les
parois du barboteur.
C. Mesure de la perte de masse
1. Le volume d'eau déplacée étant mesuré, enlever le liquide pour ne conserver
que les clous dans l'erlenmeyer.
2. Avec de l'eau, rincer abondamment et à plusieurs reprises les clous contenus
dans l’erlenmeyer.
3. Enlever les clous de l'erlenmeyer et les éponger avec des essuie-tout.
4. Peser précisément les clous.
Note:
Les granules noirs flottant à la surface de la solution sont des
impuretés qui n'ont pas réagi avec l'acide chlorhydrique, HCl.
Toutefois, la masse de ces impuretés est extrêmement faible et ces
granules ne constituent pas une cause d'erreur significative.
Critères d’évaluation
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Travail expérimental (manipulations et montage, sécurité et autonomie)
Tableau des mesures (incertitudes, chiffres significatifs et unités)
Calculs (démarche, chiffres significatifs et unités)
Précision des résultats
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