Oxydation des métaux dans l’air exercices corrigés
📝 Exercice 1 : Définitions essentielles
Consigne : Définissez les termes suivants en vous aidant du cours sur l’oxydation des métaux.
📚Termes à définir :
Définition : L’oxydation est une réaction chimique lente entre un métal et le dioxygène de l’air.
Exemple : \( 4 \text{Fe} + 3 \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{Fe}_2\text{O}_3 \)
Définition : La rouille est un oxyde ferrique III de formule Fe₂O₃. Elle se forme lors de l’oxydation du fer en présence d’air humide (fer + dioxygène + eau).
Définition : L’alumine est un oxyde d’aluminium de formule Al₂O₃. C’est une fine couche blanche/grisâtre qui se forme à la surface de l’aluminium lors de son oxydation. Elle est imperméable et protège le métal de la corrosion.
Définition : La corrosion est la dégradation d’un métal sous l’effet de l’oxydation. Elle se manifeste par la formation de rouille pour le fer ou d’alumine pour l’aluminium. La rouille est poreuse et permet à la corrosion de se propager en profondeur.
Définition : La galvanisation est une technique de protection du fer contre la corrosion qui consiste à le recouvrir d’une couche de zinc.
Définition : L’acier inoxydable (inox) est un alliage de fer contenant du nickel et du chrome. Il est résistant à la corrosion grâce à la formation d’une couche protectrice d’oxyde de chrome.
Définition : L’oxydation de l’aluminium est la réaction de l’aluminium avec le dioxygène de l’air pour former une fine couche d’alumine (Al₂O₃) qui protège le métal contre la corrosion.
\( 4 \text{Al} + 3 \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{Al}_2\text{O}_3 \)
❓Exercice 2 : Vrai ou Faux – Oxydation des métaux
🧪Affirmations à évaluer sur l’oxydation des métaux :
L’oxydation est une réaction chimique rapide entre un métal et le dioxygène.
VRAI
FAUX
La rouille se forme lorsque le fer est en contact avec l’air sec.
VRAI
FAUX
Le sel (chlorure de sodium) accélère la formation de la rouille.
VRAI
FAUX
La rouille est un oxyde ferrique III de formule Fe₂O₃.
VRAI
FAUX
L’alumine est poreuse et permet à la corrosion de se propager en profondeur.
VRAI
FAUX
La galvanisation consiste à recouvrir le fer d’une couche d’aluminium.
VRAI
FAUX
L’acier inoxydable (inox) est un alliage de fer, de nickel et de chrome.
VRAI
FAUX
La rouille est une couche protectrice non poreuse qui empêche la corrosion du fer.
VRAI
FAUX
✏️Exercice 3 : Mots à placer
Consigne : Compléter les phrases suivantes avec les mots de la liste ci-dessous.
📝Liste des mots disponibles :
rouille
alumine
corrosion
galvanisation
Fe₂O₃
Al₂O₃
dioxygène
air humide
imperméable
poreuse
zinc
🔤Phrases à compléter :
L’__________ est une réaction chimique lente entre un métal et le __________ de l’air.
La __________ est un oxyde ferrique III de formule __________.
La rouille se forme en présence de __________ (fer + dioxygène + eau).
L’__________ est un oxyde d’aluminium de formule __________.
L’alumine est une couche __________ qui protège l’aluminium de la __________.
La rouille est __________ ce qui permet à la corrosion de se propager en profondeur.
La __________ consiste à recouvrir le fer d’une couche de __________ pour le protéger.
L’acier inoxydable est un alliage de fer, de nickel et de chrome qui résiste à la __________.
📊Exercice 4 : Propriétés de la rouille et de l’alumine
Consigne : Cocher la case qui convient pour déterminer les propriétés de la rouille et de l’alumine.
Formule chimique Al₂O₃ | Formule chimique Fe₂O₃ | Formation d’une couche poreuse | Formation d’une couche imperméable | Provoque la corrosion du métal | Protège le métal de la corrosion | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| La rouille | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) |
| L’alumine | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) | ( ) |
⚗️Exercice 5 : Réactions d’oxydation
1) Compléter les réactions chimiques suivantes :
Aluminium + Dioxygène \( \rightarrow \) __________
Fer + Dioxygène \( \rightarrow \) __________
__________ + Dioxygène \( \rightarrow \) Oxyde de zinc
__________ + Dioxygène \( \rightarrow \) Oxyde de cuivre II
2) Équilibrer les équations chimiques suivantes :
__ Al + __ O₂ \( \rightarrow \) __ Al₂O₃
__ Fe + __ O₂ \( \rightarrow \) __ Fe₂O₃
__ Cu + __ O₂ \( \rightarrow \) __ CuO
__ Zn + __ O₂ \( \rightarrow \) __ ZnO
🔬Exercice 6 : Oxydation de l’aluminium
Lorsqu’un objet fabriqué en aluminium est abandonné à l’air libre, il subit une réaction chimique appelée oxydation de l’aluminium qui entraîne la formation d’une couche grisâtre et de formule chimique Al₂O₃, à la surface de l’objet.
Quels sont les réactifs de cette réaction chimique ?
Écrire l’équation bilan de la réaction chimique produisant Al₂O₃.
L’oxydation de l’objet va-t-elle continuer jusqu’à la destruction totale de l’objet ? Justifier ta réponse.
🔧Exercice 7 : Corrosion du fer
Le fer intervient dans la composition de différents objets très utilisés dans la vie courante comme les portes et les fenêtres en fer forgé en raison de sa rigidité mais il s’expose à la corrosion dans l’air humide à cause de la rouille constituée essentiellement du corps composé de formule chimique Fe₂O₃.
Donner le nom du corps composé de formule chimique Fe₂O₃.
Écrire l’équation chimique bilan de la réaction chimique produisant Fe₂O₃.
Expliquer pourquoi, il est conseillé de protéger le fer dans les régions humides.
Citer deux techniques utilisées pour la protection contre la corrosion du fer.
⚖️Exercice 8 : Oxydation de la paille de fer
On laisse une masse m = 58 g de paille de fer dans l’air. Après quelques semaines, on observe la formation de la rouille. La masse de la paille de fer devient 69 g.
Donner les propriétés de la rouille.
Quel est le composé essentiel de la rouille ? Donner sa formule chimique.
Quels sont les réactifs et les produits dans cette réaction chimique ?
Comment appelons-nous cette réaction chimique ?
Écrire le bilan littéral de cette réaction chimique.
Écrire l’équation équilibrée de cette réaction chimique.
Calculer la masse m du corps qui a réagi avec le fer.
🏖️Exercice 9 : Corrosion et protection des métaux
Expliquer pourquoi dans les villes côtières le fer est plus vite attaqué par la rouille en comparaison avec les villes qui sont loin de la mer.
Citer 2 méthodes pour protéger le fer contre la corrosion.
Expliquer pourquoi l’aluminium est utilisé sans peinture.
L’un des alliages de l’aluminium est appelé Alpax avec la composition : 13% de silicium et 87% d’aluminium.
a) Qu’est-ce qu’un alliage ?
b) La carrosserie d’une voiture en Alpax pèse 1 tonne. Calculer la masse d’aluminium dans cette voiture en kg.
🔬Exercice 10 : Oxydation de l’aluminium
On abandonne une plaque métallique en aluminium dans l’air libre. Cette dernière a subi une réaction chimique qui entraîne la formation d’une couche gris foncé sur sa surface.
Comment appelons-nous cette réaction chimique ?
Donner le nom de cette couche gris foncé et sa formule chimique.
Donner les réactifs et les produits dans cette réaction chimique.
Écrire l’équation chimique de cette réaction chimique.
Donner l’équation équilibrée de cette réaction chimique.
La réaction de cette plaque en aluminium va-t-elle continuer jusqu’à sa destruction ? Justifier votre réponse.
🔥Exercice 11 : Combustion de l’aluminium
On introduit une poudre enflammée d’aluminium de masse 5 g dans un flacon contenant 4 g de dioxygène. La combustion est vive. Lorsque la quantité de dioxygène dans le flacon est épuisée, la combustion s’arrête et il se forme 7 g d’un nouveau corps.
Cette combustion est-elle une oxydation lente ou rapide ?
Écrire l’expression littérale générale de l’oxydation des métaux.
Quel est le nom du produit de cette combustion ? Donner sa formule chimique.
Exprimer la combustion de l’aluminium par une équation chimique.
Déterminer la masse d’aluminium restante à la fin de la combustion. En déduire si tout l’aluminium a brûlé ou non.
Calculer le volume de dioxygène ayant réagi.
Calculer le volume d’air nécessaire pour brûler le reste de la poudre d’aluminium.
Loi de conservation de la masse : masse des réactifs = masse des produits
1 L de O₂ = 1,3 g |
L’air contient 20% de dioxygène
🔥Exercice 12 : Combustion du fer
Le fer est un métal qui peut brûler dans le dioxygène. Cette combustion est rapide lorsque le fer est divisé. On réalise la combustion d’un morceau de laine de fer de masse m₁ = 3,8 g dans un flacon en verre contenant un volume V = 0,5 L de dioxygène, comme le montre la figure ci-contre. Cette combustion produit de l’oxyde de fer magnétique de formule Fe₃O₄.
Pourquoi a-t-on utilisé du sable au fond du flacon ?
Compléter le tableau suivant :
| Les réactifs | Le produit | Équation de la réaction |
|---|---|---|
| ( ) | ( ) | ( ) |
Calculer la masse de fer brûlée sachant que la masse de fer restante à la fin de la réaction est m = 0,6 g.
Comment expliquer que le morceau de laine de fer n’ait pas brûlé entièrement ?
Calculer la masse de dioxygène consommée.
On donne : la masse volumique du dioxygène est \( \rho = 1,3 \, \text{g/L} \). En déduire la masse d’oxyde de fer magnétique formée à la fin de la réaction.
Loi de conservation de la masse
\(\rho = \frac{m}{V}\)
\(m(O_₂) = \rho \times V \)
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