Comment l’acide chlorhydrique réagit avec l’aluminium. Formules et description du processus

Caractéristiques de l’interaction entre l’acide chlorhydrique et l’aluminium

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L’alu­mini­um est un mé­tal mal­léable, léger, blanc ar­gen­té. C’est un bon con­duc­teur élec­trique. Il est égale­ment am­photère, c'est-à-dire qu’il peut réa­gir tant avec les acides (ar­ti­cle en anglais) que les bases. La com­bi­nai­son de l’alu­mini­um avec un acide en­traîne une réac­tion typ­ique à dé­place­ment unique, qui forme un sel d’alu­mini­um et du di­hy­drogène. Ce phénomène peut être ob­servé par un ex­em­ple sim­ple : la manière dont l’acide chlorhy­drique réag­it avec l’alu­mini­um.

Avec les al­calis, la réac­tion se déroule dif­férem­ment : en plus d’un dé­gage­ment de di­hy­drogène, la réac­tion forme dans la so­lu­tion un alu­mi­nate de MeAlO₂ (où Me est le cation d’un mé­tal de l’al­cali) ain­si qu’un com­posé com­plexe dont la for­mule est Me[Al(OH)₄].

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Com­ment l’alu­mini­um réag­it-il avec l’acide chlorhy­drique ?

L’alu­mini­um réag­it avec l’acide chlorhy­drique dilué à la tem­péra­ture am­biante. Le mé­tal se dis­sout dans l’acide chlorhy­drique, ce qui pro­duit du chlorure d’alu­mini­um et du di­hy­drogène in­col­ore. Cette réac­tion est ir­réversible, car les pro­duits ré­sul­tant ne réa­giront pas les uns avec les autres. La réac­tion en­tre l’alu­mini­um mé­tallique et l’acide chlorhy­drique est ce qu’on ap­pelle une réac­tion d’oxy­doré­duc­tion. L’alu­mini­um agit en tant qu’agent ré­duc­teur, cé­dant cer­tains de ses élec­trons :

Al⁰ - 3e = Al³⁺

Les cations de l’acide chlorhy­drique pren­nent ces élec­trons et sont ré­duits en di­hy­drogène :

2H⁺ + 2e = H₂↑

L’équa­tion com­plète de la réac­tion ion­ique se lit comme suit :

2Al⁰ + 6H⁺ + 6Cl⁻ = 2Al³⁺ + 6Cl⁻ + 3H₂↑

Forme ion­ique nette :

2Al⁰ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑

Sous forme molécu­laire, la réac­tion se présente de la façon suiv­ante :

2Al + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂↑

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L’alu­mini­um mé­tallique n’est pas la seule sub­stance ca­pa­ble de réa­gir avec l’acide chlorhy­drique : de nom­breux com­posés mé­talliques pos­sè­dent égale­ment cette pro­priété. Une réac­tion d’échange se pro­duit avec les sels, lorsque les ions ou les groupes réac­t­ifs des deux agents réac­t­ifs « changent de place ». Pour que la réac­tion avec l’alu­mini­um ou ses com­posés soit ir­réversible, les réac­t­ifs doivent for­mer un gaz, un pré­cip­ité ou une sub­stance. Pour ce faire, les quan­tités de réac­t­ifs néces­saires doivent être cal­culées avec pré­ci­sion.

Réac­tions des hy­drox­y­des et des oxy­des d’alu­mini­um avec l’acide chlorhy­drique

L’Al(OH)₃ est une base am­photère. C’est un pré­cip­ité sem­blable à de la gelée blanche, qui se dis­sout dif­fi­cile­ment dans l’eau.

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L’hy­drox­yde d’alu­mini­um en­tre dans une réac­tion de neu­tral­i­sa­tion avec l’acide chlorhy­drique (l’hy­drox­yde doit être fraîche­ment pré­cip­ité pour que la réac­tion se déroule de manière fi­able) :

Al(OH)₃ + 3HCl = Al­Cl₃ + 3H₂O

On peut ob­serv­er la dis­so­lu­tion du pré­cip­ité blanc d’hy­drox­yde d’alu­mini­um (le chlorure d’alu­mini­um Al­Cl₃ se dis­sout bien dans l’eau). Avec l’oxyde d’alu­mini­um, la réac­tion pro­duit du sel et de l’eau selon l’équa­tion suiv­ante :

Al₂O₃ + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂O

Réac­tions de sels, d’hy­drures et de com­plex­es d’alu­mini­um avec l’acide chlorhy­drique

L’acide chlorhy­drique réag­it égale­ment avec de nom­breux autres com­posés d’alu­mini­um.

Avec du car­bu­re d’alu­mini­um

Al₄C₃ + 12H­Cl = 4Al­Cl₃ + 3CH₄↑

(le car­bu­re d’alu­mini­um se dis­sout lorsqu’il est traité avec une grande quan­tité d’acide chlorhy­drique)

Avec de l’acé­tate d’alu­mini­um

(CH₃­COO)₃Al + 3HCl = Al­Cl₃ + 3CH₃­COOH

Avec du ni­trure d’alu­mini­um

AlN + 4HCl = Al­Cl₃ + NH₄­Cl

(De l’acide con­cen­tré chaud est util­isé. La réac­tion se pro­duit lente­ment.)

Avec du sul­fure d’alu­mini­um

Al₂S₃ + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂S↑

Avec du phos­phure d’alu­mini­um

AlP + 3HCl = Al­Cl₃ + PH₃↑

(La réac­tion pré­sup­pose le traite­ment du phos­phure avec de l’acide con­cen­tré chaud.)

Avec du phos­phate d’alu­mini­um

AlPO₄ + 3HCl = Al­Cl₃ + H₃PO₄

Avec de l’alanate de lithi­um (té­trahy­droa­lu­mi­nate)

Li[AlH₄] + 4HCl = Al­Cl₃ + LiCl + 4H₂↑

(La réac­tion est ef­fec­tuée à basse tem­péra­ture.)

Avec de l’alu­mi­nate de sodi­um

NaAlO₂ + 4HCl = NaCl + Al­Cl₃ + 2H₂O

Avec du té­trahy­drox­oa­lu­mi­nate de sodi­um

Na[Al(OH)₄] + 4HCl = Al­Cl₃ + NaCl + 4H₂O

Les sul­fates et les ni­trates d’alu­mini­um ne réagis­sent pas avec l’acide chlorhy­drique, car tous les com­posés du mélange sont sol­ubles : au­cun pré­cip­ité ni au­cune sub­stance faible­ment sol­u­ble ne se forme, et il n’y a au­cun dé­gage­ment de gaz.

Cliquez ici (ar­ti­cle en anglais) pour en savoir plus sur l’alu­mini­um et ses com­posés.

Com­ment les mélanges de mé­taux réagis­sent-ils avec l’acide chlorhy­drique ?

Si vous prenez un mélange de plusieurs mé­taux et que vous les traitez avec de l’acide chlorhy­drique, chaque mé­tal réa­gi­ra sé­paré­ment. Par ex­em­ple, si vous ajoutez du HCl à un mélange de co­peaux d’alu­mini­um et de fer, la réac­tion se déroulera comme suit :

Fe + 2HCl = Fe­Cl₂ + H₂↑

2Al + 6HCl = 2Al­Cl₃ + 3H₂↑

L’acide chlorhy­drique dilué étant un oxy­dant faible, le fer est seule­ment ré­duit à un de­gré d’oxy­da­tion de +2.

Pro­duits de la réac­tion en­tre l’alu­mini­um et l’acide chlorhy­drique, et leur ap­pli­ca­tion

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Presque toutes les réac­tions en­tre l’acide chlorhy­drique et l’alu­mini­um (ou ses com­posés) en­traî­nent la for­ma­tion de chlorure d’alu­mini­um (Al­Cl₃). Le sel se dis­sout bien dans les solvants or­ganiques (ni­troben­zène, dichloroéthane, acé­tone) et dans l’eau. En so­lu­tion aque­use, on peut ob­serv­er l’hy­drol­yse de l’Al­Cl₃. Ce sel se forme par l’ac­tion de l’acide fort HCl et de la base faible Al(OH)₃.

L’Al­Cl₃ est util­isé comme catal­y­seur dans la syn­thèse or­ganique. Par ex­em­ple, il est util­isé dans l’isoméri­sa­tion des paraf­fines, l’ini­ti­a­tion de réac­tions d’alky­la­tion, l’acy­la­tion et la dé­com­po­si­tion de l’huile en frac­tions. Le chlorure d’alu­mini­um hex­ahy­draté Al­Cl₃・6H₂O est util­isé pour traiter les matéri­aux en bois, épur­er les eaux usées et fab­ri­quer des an­ti­tran­spi­rants.

La réac­tion de l’alu­mini­um avec une so­lu­tion d’acide chlorhy­drique peut être util­isée comme méth­ode de lab­o­ra­toire pour l’ob­ten­tion de di­hy­drogène (mais le zinc mé­tallique est plus couram­ment util­isé à ces fins).