Étudier l'action de l'acide nitrique sur le calcaire - Corrigé

Les activités volcaniques et humaines expliquent la présence d'espèces acides dans l'eau de pluie : on parle de pluies acides. Ces pluies ruissellent sur les roches qui composent le sol et en traversent les différentes couches en s'infiltrant. Parmi les roches, le calcaire présent peut réagir avec les espèces acides. Cet exercice s'intéresse à l'action des acides sur le calcaire.

Le calcaire est une roche essentiellement composée de carbonate de calcium, une espèce chimique ionique de formule CaCO₃, elle-même composée d'ions calcium  et d'ions carbonate .

L'acide nitrique est une espèce chimique acide de formule HNO₃, formée à partir d'un ion hydrogène H⁺ et d'ions nitrate .

L'action de l'acide sur le calcaire forme du dioxyde de carbone et de l'eau.

Données : dans la transformation étudiée, les ions calcium et nitrate sont spectateurs. 

1. Ajuster l'équation de réaction ci-dessous qui modélise l'action de l'acide sur le calcaire :

Une expérience est menée pour illustrer le phénomène. Pour cela, 1 mole de calcaire est introduite dans un bécher où est ensuite versé de l'acide nitrique contenant 2,5 moles d'ions H⁺. 

2. Déterminer quel est le réactif limitant de la transformation.

3. Proposer une expérience à mettre en œuvre au laboratoire pour vérifier que la transformation produit bel et bien du dioxyde de carbone. 

Corrigé 

1. L'équation de la réaction doit vérifier la conservation de la matière, il manque pour l'instant du calcium à droite. Elle doit aussi vérifier la conservation de la charge, or il manque deux charges + à droite. Ainsi : 

2. Calculons les valeurs des deux quotients donnés par la quantité de matière initialement introduite divisée par le nombre stœchiométrique associé à l'espèce chimique : 

Le réactif limitant est identifié par le plus petit quotient, c'est-à-dire ici celui égal à 1 mol : il s'agit donc du calcaire (carbonate de calcium).

3. Pour identifier du dioxyde de carbone, il faut réaliser un test à l'eau de chaux. On peut par exemple réaliser l'expérience dans un ballon dont le col est bouché par un bouchon équipé d'un tuyau. Le gaz formé dans le ballon occupe peu à peu le tuyau, dont l'autre extrémité trempe dans l'eau de chaux. Le gaz formé vient barboter dans l'eau de chaux ; la formation d'un précipité blanc (d'hydroxyde de calcium) permet d'identifier que le gaz formé est bel est bien du dioxyde de carbone.