Travaux Pratiques : Identification des ions

 

I.    Objectif de la séance

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.

 

II.            Tets d’identifications de quelques 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

 

I.    Problématique

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 1 litre  d’eau )

 

 

 

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+

-

+

+

-

-