Corrosion et protection du fer

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Matériaux

La corrosion touche le fer et l’acier contenant moins de 2 % de carbone. L’oxydation du fer (formation d’un oxyde de fer, autrement dit de la rouille) est accentuée dans les milieux humides et salés.

On désire étudier ce phénomène et trouver des moyens d’y pallier.

On dispose des tests suivants :

  •  On met en évidence les ions fer II à l’aide du réactif hexacyanoferrate de potassium, qui forme avec les ions Fer II un complexe bleu.
  •  On met en évidence les ions zinc II à l’aide du réactif hexacyanoferrate de potassium qui forme avec les ions zinc II un précipité blanc.
  •  On met en évidence les ions hydroxydes à l’aide de la phénolphtaléine, qui colore la solution en rose en présence d’ions hydroxyde.

1. Dans une première expérience on plonge un morceau de fer solide dans de l’eau chaude et salée dans laquelle on a ajouté de l’hexacyanoferrate de potassium et de la phénophtaléine ainsi qu’un gélifiant (agar-agar). Après quelques dizaines de minutes, lorsque l’ensemble est solidifié, on observe une coloration bleue aux deux extrémités de la tige de fer, et une coloration rose au centre.

a. Interpréter les observations.

b. On s’intéresse à la partie centrale de la tige de fer. L’eau contient du dioxygène O2 dissous. La demi-équation électronique rendant compte du phénomène s’écrit :

Justifier la coloration observée.

c. Quel ion est apparu aux extrémités de la tige ? Le fer a-t-il été oxydé ou réduit ?

d. Écrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction qui permet de rendre compte de l’expérience.

e. À la lumière des questions précédentes, que peut-on dire du rôle joué par la tige de fer ? Que permet le gélifiant d’un point de vue ionique ?

2. Dans une deuxième expérience on plonge un morceau de fer solide au contact d’une plaque de zinc, dans de l’eau chaude et salée dans laquelle on a ajouté de l’hexacyanoferrate de potassium et de la phénophtaléine ainsi qu’un gélifiant. Après quelques dizaines de minutes, lorsque l’ensemble est solidifié, on observe une coloration rose tout autour de la tige de fer, et une coloration blanche autour de la plaque de zinc.

a. Préciser quelles sont les espèces oxydées et réduites.

b. Écrire les demi-équations électroniques rendant compte des phénomènes observés.

c. Déduire de la question précédente l’équation bilan qui modélise les phénomènes observés.

d. En déduire une méthode de protection du fer contre la corrosion.

3. La galvanisation est un procédé qui consiste à recouvrir de l’acier par une fine couche de zinc.

a. Justifier que la galvanisation permet de protéger l’acier contre la corrosion.

b. On dépose le zinc sur une plaque de fer par électrolyse. On suppose que la plaque de fer a une surface et que l’épaisseur de zinc est (sur les deux faces). Expliquer simplement comment on peut réaliser cette électrolyse.

c. Écrire l’équation bilan de l’électrolyse.

d. Calculer la masse de zinc solide à déposer sur l’acier.

e. Si l’intensité du courant d’électrolyse vaut , quelle sera la durée de l’électrolyse ?

Données.

  •  Masse volumique du zinc : 7,1 g/cm3.
  •  Masse molaire du zinc : 65,4 g/mol.
  •  Charge de 1 mole d’électrons : .

La notion d’oxydoréduction est un préalable à la résolution de cet exercice. On peut se référer au programme de 1re S.