Où vient le carbone dans la série de réactivité ?

Pratique en classe ou démonstration

La position du carbone dans la série de réactivité, est déterminée en chauffant le carbone avec des oxydes métalliques et en cherchant des preuves d’une réaction. Le magnésium est ensuite brûlé dans du dioxyde de carbone produisant du carbone et de l’oxyde de magnésium.

Organisation de la leçon

Ceci peut être fait comme une pratique de classe (expérience 1) et une démonstration (expérience 2). Au total, elles devraient prendre environ une heure.

Notes de santé &sécurité et techniques

Lisez notre guide standard de santé &sécurité

Porter une protection oculaire.

Carbone, C(s) – voir fiche de danger CLEAPSS.

Dioxyde de carbone gazeux, CO2(g) – voir fiche de danger CLEAPSS.

Oxyde de magnésium, MgO(s) – voir la carte des risques CLEAPSS.

Ruban de magnésium, Mg(s) – voir CLEAPSS Hazcard.

Oxyde de cuivre(II), CuO(s), (HARMACEUTIQUE, DANGEREUX POUR L’ENVIRONNEMENT) – voir la fiche CLEAPSS Hazcard.

Oxyde de fer(III), Fe2O3(s) – voir la fiche de danger CLEAPSS.

1 Il n’est pas possible de nettoyer complètement les tubes à essai de l’expérience 1. On peut peut-être utiliser une boîte de « tubes à essai usagés » pour cette expérience.

Procédure

Expérience 1 Chauffer du carbone avec des oxydes métalliques :

a Allumer un bec Bunsen.

b Mélanger ensemble une petite mesure de spatule de poudre de carbone et une mesure égale d’oxyde de cuivre(II) dans un tube à essai. Déplacez le tube d’un côté à l’autre pour mélanger les solides.

c Maintenez le tube dans un porte-tube à essai. Chauffez fortement le tube avec une flamme Bunsen rugissante. Recherchez toute lueur qui persiste bien après que le tube ait été retiré de la flamme. Observez également tout changement de couleur dans le tube.

d Répétez l’expérience en utilisant un mélange de poudre de carbone et d’oxyde de magnésium.

e Préparez un mélange d’oxyde de fer et de carbone comme en b ci-dessus.

f Tenez le tube à essai horizontalement et passez un aimant sous le verre. Voyez si une partie du mélange est magnétique.

g Chauffez fortement le mélange d’oxyde de fer et de carbone dans l’éprouvette et observez les signes de tout changement.

h Lorsque vous avez chauffé pendant 5 minutes, laissez refroidir l’éprouvette. Testez la présence d’éventuelles particules magnétiques, comme dans la partie f.

i Pour chaque expérience, notez les éléments suivants .

Aspect du mélange au départ (y compris, pour le mélange oxyde de fer/carbone, « est-il magnétique ? »).

Aspect du mélange pendant le chauffage.

Apparence du mélange après chauffage (y compris, pour le mélange oxyde de fer/carbone, « est-il magnétique ? »).

Expérience 2 La réaction du magnésium avec le dioxyde de carbone :

Démonstration
a A l’aide d’une bouteille de gaz, ou d’un générateur de gaz, remplir un bocal de gaz avec du dioxyde de carbone et le couvrir d’un couvercle graissé.

b A l’aide de ciseaux, coupez un morceau de 10 cm de ruban de magnésium.

c Allumez un bec Bunsen.

d Tenez le ruban de magnésium avec des pinces et placez une extrémité dans la flamme du bec Bunsen. Dès qu’il s’enflamme, retirez le couvercle du bocal à gaz et plongez rapidement le ruban dans le dioxyde de carbone. Le magnésium continue à brûler dans le dioxyde de carbone, formant quelques taches noires de carbone et de l’oxyde de magnésium blanc.

Notes d’enseignement

Expérience 1 Chauffer du carbone avec des oxydes métalliques :

Les élèves devraient voir une lueur dans le tube carbone/oxyde de cuivre avec la formation de cuivre rouge-brun. Dans le tube carbone/oxyde de magnésium, aucune lueur n’est visible et le mélange a le même aspect (particules noires et blanches) à la fin. (Notez que certaines références recommandent de tester le dioxyde de carbone, mais le chauffage de la poudre de carbone seule dans ces conditions produit ce gaz.)

Le carbone est au-dessus du cuivre mais en dessous du magnésium dans la série de réactivité.

La réaction est :

Carbone + oxyde de cuivre → cuivre + dioxyde de carbone

L’oxyde de cuivre est réduit en cuivre par le carbone. (La réduction est l’élimination de l’oxygène, à ce niveau.)

Les oxydes de plomb sont également réduits mais il faut faire attention à cause de la toxicité du plomb.

L’oxyde de zinc peut être utilisé comme un autre oxyde non réactif mais le fait qu’il devienne jaune en chauffant (mais redevient blanc en refroidissant) peut dérouter les élèves.

La réaction entre le carbone et l’oxyde de fer est un peu plus subtile. Il n’y a pas de changement dans le contenu du tube mais quelques particules magnétiques sont souvent détectées. On peut supposer qu’il s’agit de fer, donc qu’une certaine réduction s’est produite.

Carbone + oxyde de fer → fer + dioxyde de carbone

Le carbone est donc au-dessus du fer dans la série de réactivité (mais, pour le manque relatif de réaction) seulement juste au-dessus.

Cette expérience peut déboucher sur une étude des hauts fourneaux. La capacité du carbone à réduire les oxydes métalliques change avec l’augmentation de la température. Ainsi, à une température d’environ 1800 degrés Celsius dans un haut fourneau, le carbone est plus facilement capable de réduire l’oxyde de fer.

Questions des élèves
Voici quelques questions à poser à vos élèves sur l’expérience 1 « Chauffer du carbone avec des oxydes métalliques ».

1 Dans quel(s) tube(s) se produit une réaction ?

2 Quels sont les signes de réaction ?

3 Que pouvez-vous conclure sur les positions du magnésium, du fer, du cuivre et du carbone dans la série de réactivité ?

4 Ecrivez des équations à mots pour toutes les réactions qui se sont produites.

5 Quelles substances sont réduites dans ces réactions ?

Santé &Sécurité vérifiée, 2016

Crédits

.