Travaux
Pratiques : Identification des ions
De nombreux éléments
sont présents sur Terre à l’état d’ions
monoatomiques, nous allons mettre en œuvre un protocole pour identifier
certains de ces ions.
Des anions et des cations peuvent
réagir entre eux pour donner des solides électriquement neutres
appelés « précipités ».
Leur formation peut être utilisée pour identifier des ions.
Pour chacun des tests réalisés, noter
les observations dans un tableau et indiquer la formule du
précipité obtenu.
1)
Identification
de cations métalliques
¤ Prévoir quatre
tubes à essai notés T1, T2, T3,
T4.
¤ Introduire environ 1 mL
d’une solution de :
-
sulfate de cuivre
(II) (Cu2+(aq) + SO2-4(aq)) dans T1,
-
sulfate de fer
(II) (Fe2+(aq) + SO2-4(aq)) dans T2,
-
nitrate de fer
(III) (Fe3+(aq) + 3 NO-3 (aq)) dans T3,
-
chlorure
d’aluminuim (Al3+(aq) + 3 Cl-(aq)) dans T4,
¤ Ajouter dans chaque tube
à essai quelques gouttes d’une solution d’hydroxyde de
sodium (Na+(aq) + OH-(aq)).
2)
Identification
de l’ion calcium Ca2+
¤ Dans un tube à
essai introduire environ 1 mL d’une solution de chlorure de calcium
(Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq)).
¤ Ajouter dans ce tube
à essai quelques gouttes d’une solution d’oxalate de sodium
(2 Na+(aq) + C2O2-4(aq)).
3)
Identifications
des ions halogénures
¤ Prévoir trois tubes
à essai notés T1, T2, T3.
¤ Introduire environ 2 mL
d’une solution de :
-
chlorure de
potassium (K+(aq) + Cl-(aq)) dans T1,
-
bromure de
potassium (K+(aq) + Br-(aq)) dans T2,
-
iodure de
potassium (K+(aq) + I-(aq)) dans T3,
¤ Ajouter dans chaque tube
à essai quelques gouttes d’une solution de nitrate d’argent
(Ag+(aq) + NO-3(aq)).
¤ Observer ensuite
l’évolution de ces tubes lorsqu’ils sont exposés
à la lumière.
4)
D’autres
tests
Ion à
caractériser |
réactif |
Produit
réactif possible |
observation |
||
ion chlorure : Cl- (incolore) |
ion
argent |
Ag+ |
nitrate
d'argent |
Ag+NO |
précipité BLANC
de chlorure d'argent : AgCl qui noircit à la lumière. |
ion sulfate : SO (incolore) |
ion
baryum |
Ba2+ |
chlorure
de baryum |
Ba2+2Cl– |
précipité blanc
de sulfate de baryum: BaSO4 |
Ion calcium : Ca2+ (incolore) |
ion
oxalate |
C2O |
oxalate d'ammonium |
C2O2NH |
précipité BLANC
d'oxalate de calcium : CaC2O4 |
ion cuivre II : Cu2+ (bleu) |
ion
hydroxyde |
OH– |
Hydroxyde
de sodium |
Na+OH– |
précipité BLEU
d'hydroxyde de cuivre : Cu(HO)2 |
ion aluminium : Al3+
(incolore) |
ion
hydroxyde |
OH– |
Hydroxyde
de sodium |
Na+OH– |
précipité BLANC
d'hydroxyde d'aluminium : Al(HO)3 qui se dissout dans un
excès de soude. |
ion zinc : Zn2+ (incolore) |
ion
hydroxyde |
OH– |
Hydroxyde
de sodium |
Na+OH– |
précipité BLANC
d'hydroxyde de zinc Zn(HO)2 qui se dissout dans un excès de
soude |
Cinq
explorateurs reviennent de régions différentes du globe. Chacun
ramène une gourde pleine d’eau du lieu exploré (flacons
notés A, B, C, D et E). D’où revient
l’explorateur qui vous a confié sa gourde ?
DONNÉES : Compositions ioniques de quelques eaux
continentales (en g pour
|
Eau du lac
africain Victoria |
Eau de la
rivière Tuscarawas (est
des USA) |
Eau prélevée à Bakou dans la
mer Caspienne |
Eau du Grand lac
salé (ouest des USA) |
Eau de la Mer
morte (Proche Orient) |
Na+ |
0,01 |
0,140 |
3,1 |
67 |
45 |
Mg2+ |
0,006 |
0,016 |
0,729 |
6 |
49 |
Ca2+ |
0,01 |
0,200 |
0,345 |
1,407 |
19 |
Cl- |
0,02 |
0,477 |
5,3 |
112 |
252 |
SO42- |
0,002 |
0,134 |
3,0 |
13 |
0,508 |
Br- |
/ |
/ |
/ |
/ |
5920 |
Déroulement
de la séance.
Étapes de la démarche d’investigation du
binôme :
- Comparaison des deux tableaux
pour trouver les tests utiles: sulfates, chlorures, calcium.
- Réalisation des tests
sur l’eau inconnue.
- Rédaction d’un
compte-rendu de recherche expérimentale.
- Réflexion sur le choix
de l’eau (limite de validité d’un test- réactif non
spécifique - mutualisation des résultats pour répondre)
Démarche complémentaire :
sensibilité d’un test (réalisation de dilution
« approximative »)
Remarques :
Ø
La
détermination de la provenance avec une seule eau est impossible, car
les élèves ne sachant pas à partir de quelle dose le test
est positif. Donc les 4 eaux doivent être distribuées dans la
classe, pour que les élèves déduisent par comparaison la
nature de leur eau.
Ø
Le
choix des ions mis dans le tableau annexe a été fait pour ne
laisser que trois tests fiables concernant les eaux, et montrer la
diversité des réactifs et composés obtenus (gaz,
précipité, précipité ampholyte, complexe)
Matériel
pour la classe :
Test de reconnaissance
ü
Solution
aqueuse de chlorure de baryum (pour les ions sulfates)
ü
Solution
aqueuse de nitrate d’argent (pour les ions chlorures)
ü
Solution
aqueuse d’oxalate d’ammonium (pour les ions calcium)
Lot de tubes à essais
Flacon de récupération des solutions
métalliques
1 flacon (étiqueté par une lettre) contenant une
des eaux
Réalisation
des eaux distribuées :
Les eaux sont crées artificiellement au laboratoire de
telle sorte
qu’elles aient les propriétés suivantes
vis-à-vis de chaque test :
Résultat
aux tests |
Eau A (mer
morte) |
Eau B (grand
lac) |
Eau C (mer
Caspienne ) |
Eau D (rivière
USA) |
Eau E (lac
africain) |
En présence d’ion oxalate |
+ |
+
(léger) |
- |
- |
- |
En présence d’ion Ag+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
En
présence d’ion Ba2+ |
- |
+ |
+ |
- |
- |
Fiche
matériel TP : Identification des ions
¤
6 tubes à essai
¤
eau distillée
¤ 1 flacon par paillasse
de solutions aqueuses :
-
sulfate de fer (II) (Fe2+(aq) + SO2-4(aq))
- sulfate de cuivre (II)
(Cu2+(aq) + SO2-4(aq))
-
nitrate de fer
(III) (Fe3+(aq) + 3 NO-3 (aq))
-
chlorure
d’aluminuim (Al3+(aq) + 3 Cl-(aq))
-
hydroxyde de sodium (Na+(aq) + Na+(aq))
-
oxalate de sodium (2 Na+(aq) + C2O2-4(aq))
-
chlorure de calcium (Ca2+(aq)
+ 2 Cl-(aq))
-
chlorure de potassium
(K+(aq) + Cl-(aq))
-
iodure de potassium (K+(aq)
+ I-(aq))
-
bromure de potassium (K+(aq)
+ Br-(aq))
-
nitrate d’argent
(Ag+(aq) + NO-3(aq))
-
chlorure de baryum (Ba2+(aq)
+ 2 Cl-(aq))
¤ 5 flacons par classe
des quatre eaux qui réagissent aux tests :
Résultat
aux tests |
Eau A (mer
morte) |
Eau B (grand
lac) |
Eau C (mer
Caspienne ) |
Eau D (rivière
USA) |
Eau E (lac
africain) |
En présence d’ion oxalate |
+ |
+
(léger) |
- |
- |
- |
En présence d’ion Ag+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
- |
En
présence d’ion Ba2+ |
- |
+ |
+ |
- |
- |