Corrosion

T°STI2D-SIN
CHIMIE
DEUXIÈME PARTIE : « TRANSPORT »
TP SUR LE CHAPITRE 10 « LES MATÉRIAUX DANS LES TRANSPORTS »
COMPÉTENCES EXIGIBLES OFFICIELLES
APP
 Illustrer le rôle des différents facteurs
agissant sur la corrosion des métaux et le
vieillissement des matériaux.
 Prévoir différents moyens de protection et
vérifier expérimentalement leur efficacité.
ANA
RÉA
VAL
COM
AUT
COMPÉTENCES DE LA DÉMARCHE SCIENTIFIQUE MISES EN JEU AVEC LES PRINCIPALES CAPACITÉS ET ATTITUDES ASSOCIÉES
Mobiliser ses connaissances.
Acquérir de nouvelles connaissances en autonomie.
Exploiter ses connaissances.
Suivre, respecter, réaliser une suite de consignes données au cours d’un protocole expérimental.
Interpréter des observations expérimentales pour comprendre les phénomènes de corrosion et
de protection de l’acier.
Rédiger à l’écrit un compte-rendu.
Travailler efficacement seul ou en équipe avec discernement et responsabilité.
Prendre des initiatives.
Mobiliser sa curiosité et /ou sa créativité.
COMMENT PROTÉGER LE FER DE LA CORROSION ?
CONTEXTE :
 Les coques et les hélices de nombreux bateaux sont en acier, alliage de fer (à 98 % en masse) et de
carbone (à 2 % en masse) plus résistant aux chocs que ne l’est le fer pur. Cependant, le fer a
l’inconvénient de se corroder facilement : il s’oxyde (formation de rouille). Pour lutter contre le
phénomène de corrosion, l’industrie navale fixe sur les coques en acier des pièces métalliques, en
zinc, métal plus réducteur que le fer.
 Comment des pièces en zinc peuvent-elles prévenir le phénomène de corrosion ?
DOCUMENTS MIS À VOTRE DISPOSITION :
DOCUMENT 1 : QUATRE EXPERIENCES POUR COMPRENDRE LES FACTEURS INFLUENÇANT LA CORROSION
 Couples redox :
DOCUMENT 2 : QUELQUES DONNÉES
 Fe / Fe ;
 Zn2+ / Zn ;
 Cu2+ / Cu ;
 O2 / HO dont la demi-équation électronique associée est : O2 + 2 H2O + 4 e = 4 HO.
2+
 Tests de quelques ions :
Ion à tester
Fe2+
Zn2+
HO
2016 / 2017
Réactif test
Hexacyanoferrate III
Hexacyanoferrate III
Phénolphtaléine
Résultat en cas de test positif
Coloration bleue
Précipité blanc
Coloration rose
TRAVAIL À EFFECTUER :
Q1)
 S’APPROPRIER LE SUJET.
Q1a) Qu’est-ce qui différencie le fer de l’acier ? Pourquoi utilise-t-on de l’acier et non du fer pur pour réaliser les coques des
bateaux ?
Q1b) À la suite de plusieurs oxydations, que forme l’acier sur les coques des bateaux ?
Q1c) Les quatre expériences présentées dans le document 1 sont situées sur le bureau, elles ont été démarrées il y a une
semaine. Quels sont les facteurs qui influencent la corrosion de l’acier ?
Q1d) Écrire la demi-équation électronique modélisant l’oxydation du fer métallique sachant que le couple redox est
Fe2+ / Fe.
Q2)   METTRE EN ÉVIDENCE LES PHÉNOMÈNES DE CORROSION ET DE PROTECTION DE L’ACIER.
 Une solution chaude de gélifiant (agar-agar), d’eau salée, d’hexacyanoferrate III de potassium, de phénolphtaléine est disponible
sur le bureau. Placer dans la boîte de pétri mise à disposition :
 Un clou en fer bien décapé ;
 Un clou en fer bien décapé au milieu duquel est enroulé un morceau de cuivre bien décapé ;
 Un clou en fer bien décapé au milieu duquel est enroulé un morceau de zinc bien décapé.
 Verser délicatement quelques mL de la solution chaude d’eau salée évoquée précédemment pour recouvrir totalement les clous
et laisser gélifier quelques minutes.
Q2a) À l’aide des données du document 2, justifier l’ajout d’hexacyanoferrate III de potassium et de phénolphtaléine dans
la solution d’eau salée.
Q2b) Quel est l’intérêt pratique d’utiliser un gélifiant ?
Q2c) Noter vos observations sur les schémas de l’annexe et préciser quels ions se sont formés sur chaque partie du clou.
Q2d) En déduire pour chaque clou les deux demi-équations électroniques traduisant les observations.
Q2e) Dans quels cas le fer subit-il la corrosion ? Quel clou a été protégé de la corrosion ?
Q2f) À la lumière de ces résultats, expliquer pourquoi les constructeurs de bateaux fixent des blocs de zinc sur la coque en
acier des navires. Pourquoi dit-on que le zinc est un métal « plus réducteur » que le fer ?
Q3)   INTERPRÉTER LES PHÉNOMÈNES DE CORROSION ET DE PROTECTION DE L’ACIER GRÂCE AU MODÈLE DE LA MICROPILE.
 Réaliser deux piles en plongeant deux lames métalliques dans une solution d’eau salée additionnée de quelques gouttes
d’hexacyanoferrate III de potassium et de phénolphtaléine :
 Pile 1 : lames de fer et de cuivre ;
 Pile 2 : lames de fer et de zinc.
 Mettre les deux piles en même temps en fonctionnement une dizaine de minutes en les reliant chacune à un ampèremètre.
Q3a)
Q3b)
Q3c)
Q3d)
Q3e)
Q3f)
Q3g)
Q3h)
Q3i)
Noter vos observations sur les schémas ci-dessus et préciser quels ions se sont formés sur chaque électrode.
Noter sur les schémas ci-dessus les pôles positifs et négatifs de chaque pile puis le sens de circulation des électrons.
Écrire les demi-équations électroniques des réactions redox ayant lieu à chaque électrode de chaque pile.
Dans quelle pile le fer est-il oxydé ?
Pour éviter la corrosion, l’électrode de fer doit-elle constituer l’anode ou la cathode de la pile ?
Pourquoi les blocs de zinc sur les coques des bateaux doivent-ils être changés régulièrement ?
Expliquer pourquoi cette protection est appelée « protection cathodique par anode sacrificielle » ?
Pour interpréter les observations faites dans la boîte de pétri, on suppose que le clou se comporte comme une
micropile, puisque l’oxydation et la réduction se produisent dans des zones distinctes (pour simplifier, on étudiera la
partie centrale et l’une seulement des deux extrémités du clou). Par analogie avec l’étude menée en Q3), indiquer sur
les schémas de l’annexe les pôles des micropiles ainsi constituées.
En 1824, le chimiste anglais HUMPHRY DAVY eut l’idée pour la première fois de fixer sur la coque en cuivre d’un navire
des blocs de fer. Était-ce judicieux ?
*****
ANNEXE