2de :TP 6 chimie : A la recherche de la bande des ions. (TP noté)

Les secondes mènent l’enquête

Qu’on se le dise ! La bande des quatre ions est de retour en ville. L’ion chlorure, Cl^-, dit « le Parrain » est accompagné de ses principaux lieutenants : ion sulfate SO₄^2-, ion phosphate PO₄^3- et ion carbonate CO₃^2-. James, Colombo, les Experts sont trop occupés pour s’intéresser à eux, l’enquête a été confiée aux élèves de seconde du lycée F. Chopin à Nancy.

La mission qui leur est confiée est de retrouver les deux compères qui se sont cachés dans deux des quatre solutions présentes au bureau et notées A,B,C,D. Chaque fiole ne contient au plus qu’un seul ion.

Des indications de la plus haute importance vous sont données par le grand coordinateur afin de vous aider dans votre recherche :

1ère info : Un anion et un cation peuvent réagir entre eux pour donner des solides électriquement neutres appelés précipités. Leur formation peut-être utilisée pour identifier des ions. Le test d’identification se réalise en versant dans un tube à essais quelques millilitres d’une solution A contenant le cation et la même quantité de solution B contenant l’anion.

Exemple : le cation Cu²⁺ (ion cuivre II) réagit avec l’anion HO^-( ion hydroxyde ) pour former le précipité bleu d’apparence gélatineuse d’hydroxyde de cuivre II Cu(OH)₂_.

Cette réaction se traduit par une équation : Cu²⁺(aq) + 2 HO^-(aq) → Cu(OH)_{2 (s)} où (aq) signifie aqueux et (s) solide.

Nous notons que dans cette réaction :

-l’élément cuivre est présent une seule fois de part et d’autre dans l’équation (conservation des éléments)

-le groupe OH est présent deux fois de part et d’autre

-A gauche 2 charges positives (Cu²⁺) + 2 charges négatives (2 HO^-) = 0 charge . De même dans le membre de droite nous avons 0 charge (conservation de la charge)

On dit que l’équation est équilibrée.

Remarque : Dans l’écriture du solide, électriquement neutre, on n’écrit pas les charges électriques et on écrit en premier le cation.

2ème info : L’ion chlorure Cl^- réagit avec l’ion argent Ag⁺ pour donner le chlorure d’argent, précipité blanc qui noircit à la lumière. Equation : Ag⁺(aq) + Cl^-(aq) → AgCl _(s)

!!!!!!! Nous venons d’être avertis que l’un des quatre ions félons s’est introduit dans le logiciel et essaie d’effacer les informations. Il vous appartient de rétablir les endroits effacés. !!!!!!

3ème info : L’ion sulfate SO₄^2- réagit avec l’ion argent pour donner un précipité blanc de sulfate d’argent.

Q1)Quelle est la formule de l’ion argent , sachant que celui-ci possède une charge positive ?

Q2) Ecrire l’équation ……… + SO₄^2-(aq) → …….SO4(s)

4ème info : L’ion sulfate SO₄^2-réagit avec l’ion baryum Ba²⁺ pour donner un précipité blanc de sulfate de baryum BaSO₄ suivant l’équation Ba²⁺ + SO₄^2- à BaSO₄(s)

Q3)L’élément baryum Ba est présent combien de fois de part et d’autre dans l’équation ?

Q4)Même question pour le groupe SO₄ .

Q5)Quelle est la charge de chacun des deux membres de l’équation ? Justifiez votre réponse

5ème info : L’ion phosphate PO₄^3- réagit avec l’ion argent pour donner un précipité jaune de phosphate d’argent. L’équation est : 3 Ag⁺ + PO₄^3- à (Ag)₃PO₄

Q6)L’élément baryum Ag est présent combien de fois de part et d’autre dans l’équation ?

Q7)Même question pour le groupe PO₄ .

Q8)Quelle est la charge de chacun des deux membres de l’équation ? Justifiez votre réponse

Q9)La réaction est-elle équilibrée ?

6ème info : L’ion phosphate réagit avec les ions baryum pour donner un précipité blanc de phosphate de baryum. Ce précipité est soluble dans l’acide chlorhydrique.

Equation : 3Ba²⁺ + 2PO₄^3-→ Ba₃(PO₄)₂ (s)

Q10)Que signifie (PO₄)₂ pour le groupe PO₄ ?

7ème info : L’ion carbonate CO₃^2- réagit avec les ions argent pour donner un précipité blanc de carbonate d’argent. Equation : 2Ag⁺ + CO₃^2- → Ag₂CO₃ (s)

8 ème info : L’ion carbonate réagit avec l’ion baryum pour donner un précipité blanc de carbonate de baryum Equation de la réaction : Ba²⁺ + CO₃²⁺ à BaCO₃

9 ème info : L’ion carbonate réagit avec l’ion calcium Ca²⁺ pour donner un précipité blanc de carbonate de calcium (calcaire) soluble dans l’acide chlorhydrique.

Equation de la réaction : Ca²⁺ + CO₃^2- à CaCO₃ (s)

Les résultats des différents tests réalisables sont récapitulés dans le tableau suivant :

	Cl^-	SO₄^2-	PO₄^3-	CO₃^2-
Ag⁺	Précipite blanc AgCl noircit à la lumière	Précipité blanc Ag₂SO₄	Précipité jaune Ag₃PO₄	Précipité blanc Ag₂CO₃
Ba²⁺		Précipité blanc BaSO₄	Précipité blanc Ba₃(PO₄)₂ dissout dans acide chlorhydrique	Précipité blanc BaCO₃
Ca²⁺				Précipité blanc CaCO₃ dissout dans acide chlorhydrique

Les élèves ont à leur disposition des solutions :

-de nitrate d’argent contenant l’ion argent Ag⁺

-de chlorure de baryum contenant l’ion baryum Ba²⁺

-de chlorure de calcium contenant l’ion calcium Ca²⁺

-d’acide chlorhydrique.

Ils doivent établir un protocole rigoureux et explicatif pour déterminer parmi 2 des 4 solutions disponibles notées A, B , C et D quel ion est présent dans chaque solution .

Dans l’entête de la copie (une copie par groupe) on indiquera :

- les noms et prénoms des élèves du groupe concernés

- la classe

-les 2 solutions sur lesquelles a porté la recherche (elles sont imposées par le professeur)

(exemple : solutions B et D)

On répondra ensuite aux questions Q1 à Q10 et aux questions suivantes :

Q11)Première solution :………………

Quel est l’ion contenu dans cette solution ?

Décrire le protocole en faisant état de vos observations et indiquer le raisonnement utilisé pour parvenir à ce résultat .

Q12)Deuxième solution :………………

Quel est l’ion contenu dans cette solution ?

Décrire le protocole en faisant état de vos observations et indiquer le raisonnement utilisé pour parvenir à ce résultat .

TP6 Chimie - correction

1)l’ion argent a pour formule Ag⁺

2) la réaction équilibrée s’écrit : 2Ag⁺ + SO₄^2- à Ag₂SO₄

3)l’élément baryum Ba est présent une fois de part (réactifs) et d’autre (produits) de l’équation.

4)Il en est de même du groupe SO₄ .

5)A gauche de l’équation , nous avons 2 charges positives (ion Ba²⁺) et 2 charges négatives (ion SO₄^2-) et donc le total des charges est nul . Dans le membre de droite , la charge est nulle

Nous pouvons donc affirmer que l’équation est équilibrée (conservation des éléments et de la charge électrique).

6)L’élément argent est présent 3 fois de part et d’autre de l’équation . Il y a 3 ions Ag⁺ parmi les réactifs et la formule brute du phosphate d’argent fait apparaître 3 atomes d’argent « Ag_3 ».

7)Un groupe PO₄ à gauche et un groupe PO₄ à droite dans l’équation.

8)A gauche , 3 charges positives avec 3Ag⁺ et 3 charges négatives avec PO₄^3- , ce qui fait au total une charge nulle . A droite de l’équation , avec Ag₃PO₄ , une charge nulle .

9)Les réponses aux questions 6 , 7 et 8 , nous permettent d’affirmer que l’équation est équilibrée.

10)(PO₄)₂ signifie que le groupe PO₄ est deux fois présent dans Ba₃(PO₄)₂ .

11) et 12)

*hypothèse 1 : la solution contient l’ion Cl^- (c’est le cas de la solution A)

Si on ajoute des ions Ag⁺ à la solution , il se forme un précipité blanc . Si ce précipité noircit à la lumière , en se reportant au tableau , on peut affirmer que la solution contient bien des ions Cl^- .

Mais poussons nos investigations un peu plus loin en exploitant le tableau : Si on ajoute à la solution initiale des ions Ba²⁺ , rien ne se produit . Même chose si on ajoute des ions Ca²⁺ .

*hypothèse 2 : la solution contient des ions sulfate SO₄^2- (c’est le cas de la solution B).

Nous obtenons un précipité blanc de sulfate d’argent si nous ajoutons des ions Ag⁺ . En ajoutant à la solution initiale des ions Ba²⁺ ou des ions Ca²⁺ , nous obtenons encore un précipité blanc , respectivement de phosphate de baryum et de carbonate de baryum. Ajoutons de l’acide chlorhydrique au précipité : si celui-ci se dissout , l’hypothèse SO₄^2- est à écarter (serait à retenir l’hypothèse PO₄^3-) .

Poursuivons nos tests en ajoutant à la solution initiale des ions Ca²⁺. Si nous avons bien des ions SO₄^2- , cela ne devrait rien donner (pas de précipité).

Ainsi , l’ensemble des test effectués , permet d’affirmer que la solution initiale contient bien des ions sulfate .

*hypothèse 3 : la solution contient des ions phosphate PO₄^3- (c’est le cas de la solution C)

L’ajout d’ions Ag⁺ conduit à l’apparition d’un précipité jaune . C’est le seul cas de figure qui donne un précipité jaune . Le test est donc terminé et nous pouvons affirmer que la solution contient bien des ions phosphate .

*hypothèse 4 : la solution contient des ions carbonate CO₃^2- (c’est le cas de la solution D).

Que l’on ajoute des ions Ag⁺ , des ions Ba²⁺ ou des ions Ca²⁺ , on obtient dans chaque cas un précipité blanc . La dissolution du précipité obtenu avec les ions Ca²⁺ par l’acide chlorhydrique , permet d’affirmer que la solution initiale contient bien des ions carbonate .