L'Univers. Chapitre 19 (atomes) Activités expérimentales 2 de. L élément cuivre

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1 L élément cuivre Compétences, capacités et attitudes à mettre en œuvre : Pratiquer une démarche expérimentale pour vérifier la conservation des éléments au cours d une réaction chimique. Réaliser le dispositif expérimental correspondant au protocole. Réaliser le dispositif expérimental correspondant au protocole. Observer et décrire les phénomènes. Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter. Pour chaque expérience noter vos observations et lister les réactifs et produits reconnus. Avant de commencer : mise en évidence des ions cuivre II (Cu 2+ ). En portant des lunettes de protection, dans un tube à essais en Pyrex verser 1 ml d une solution contenant des ions cuivre II Cu 2+ (par exemple une solution de sulfate de cuivre) et ajouter lentement 1 ml de solution de moyennement concentrée. Noter les consignes de sécurité. Prendre note du test d'identification des ions cuivre II (et préciser ce qu est un précipité). 1. Action d'une solution d acide nitrique (solution de HNO 3 ou H + +NO 3 - ) sur le métal cuivre. Noter à quoi ressemble le métal cuivre (formule chimique Cu). L expérience est réalisée au bureau par l'enseignant : Dans un erlenmeyer sont mélangés un copeau de cuivre d'environ 4 cm et 2 ml d'une solution concentrée d'acide nitrique. Noter vos observations et les consignes de sécurité. Le mélange obtenu est appelé liquide Action d'une solution de (solution de NaOH ou Na + +OH - ) sur le liquide 1. L expérience est réalisée au bureau par l'enseignant : Dans un tube à essais sont mélangés le liquide 1 (environ 2 ml) et quelques millilitres de solution de concentrée. Le solide obtenu est appelé solide 2. Que peut-on en déduire concernant le liquide 1? 3. Action de la température sur le solide 2. Réviser les consignes de chauffage d'un tube à essais. Chauffer le tube à essais contenant le solide 2 (après avoir éliminé le maximum de liquide). Le solide obtenu est appelé solide Action d'une solution d'acide chlorhydrique (solution de HCl ou H + +Cl - ) sur le solide 3. Dans un tube à essais contenant le solide 3, verser 2 ml de solution d'acide chlorhydrique moyennement concentré. Noter vos observations et les consignes de sécurité. La solution obtenue est appelée liquide 4. Que pensez-vous du liquide 4? Le vérifier. 5. Action du métal fer (Fe) sur le liquide 1. Dans un tube à essais verser une petite pointe de spatule de fer en poudre et 2 ml d une solution de sulfate de cuivre. Agiter légèrement. Le solide obtenu est appelé solide Action à chaud du carbone en poudre (C) sur le solide 3. Dans un tube à essais en Pyrex, verser une pointe de spatule du mélange carbone en poudre - solide 3 (le mélange est déjà prêt). Chauffer fortement le tube à essais. Le solide obtenu est appelé solide 6. Que devient le cuivre dans toutes ces expériences? - le liquide 1 (liquide bleu) contient - le solide 2 (solide bleu) est - le solide 3 (solide noir) est - le liquide 4 (liquide bleu) contient - le solide 5 (solide rouge) est - le solide 6 (solide rouge) est

2 L'élément cuivre Éléments de correction Avant de commencer : mise en évidence des ions cuivre II (Cu 2+ ). La solution de moyennement concentrée étant corrosive, on utilise des lunettes de sécurité et des gants. La réaction étant assez violente, les mélanges sont réalisés très lentement. En mélangeant la solution d'ions cuivre II (liquide bleu) et la solution de (liquide incolore), on observe la formation d'un précipité bleu (un précipité est un solide apparaissant dans un liquide suite à une réaction chimique) et la température du mélange augmente. Retenons que ceci est un test caractéristique des ions cuivre II (Cu 2+ ) : si l'ajout de solution de à une solution fait apparaître un précipité bleu, la solution contient très probablement des ions cuivre II (Cu 2+ ). 1. Action d'une solution d acide nitrique (solution de HNO 3 ou H + +NO 3 - ) sur le métal cuivre. Le métal cuivre est un solide orangé à l'éclat métallique. La solution concentré d'acide nitrique étant très corrosive et volatile, on utilise des gants, des lunettes de sécurité et une hotte aspirante. De plus il se dégage un gaz toxique (dioxyde d'azote de couleur roux), raison de plus pour manipuler sous la hotte aspirante. Lorsqu'on mélange la solution d'acide nitrique (liquide incolore) et le métal cuivre (solide orangé), on observe une effervescence (dégagement gazeux) et un dégagement de gaz roux, le liquide devient bleu, la température du liquide augmente et le morceau de métal cuivre disparaît petit à petit. Le mélange obtenu est appelé liquide Action d'une solution de (solution de NaOH ou Na + +OH - ) sur le liquide 1. Lorsqu'on mélange le liquide 1 (liquide bleu) et la solution de (liquide incolore), on observe la formation d'un précipité bleu et la température du mélange augmente. On en déduit donc que le liquide 1 contient des ions cuivre II (Cu 2+ ). Le solide obtenu est appelé solide Action de la température sur le solide 2. Le tube à essais n'est pas trop rempli. Il est tenu avec une pince en bois. Le tube est incliné (pour ne pas brûler la pince), l'ouverture du tube dirigée vers le mur et jamais vers une personne (risques de projections). Dès que le tube à essais frémit, il est retiré du chauffage (risques de projections en cas d'ébullition) et n'est réchauffé que lorsque le frémissement est calmé. Lors du chauffage, le solide 2 (solide bleu) devient un solide noir. Le solide obtenu est appelé solide Action d'une solution d'acide chlorhydrique (solution de HCl ou H + +Cl - ) sur le solide 3. La solution d'acide chlorhydrique moyennement concentré étant assez irritant. En mélangeant le solide 3 (solide noir) et la solution d'acide chlorhydrique (liquide incolore), on observe la disparition du solide noir et la solution devient bleue. Vue sa couleur, on suppose que cette solution contient des ions cuivre II. Pour le vérifier on ajoute de la et l'on voit se former un précipité bleu. La solution contient donc bien des ions cuivre II.

3 5. Action du métal fer (Fe) sur le liquide 1. Lors du mélange du fer en poudre (solide gris foncé) et de la solution de sulfate de cuivre (liquide bleu), on voit apparaître un solide orangé, le solide noir disparaît et la solution se décolore. Le solide orangé obtenu se trouve être du métal cuivre. 6. Action à chaud du carbone en poudre (C) sur le solide 3. Lors du chauffage du solide 3 (solide noir) mélangé à du carbone (solide noir), il apparaît une poudre rougeâtre. Le solide rougeâtre obtenu se trouve être du métal cuivre. Que devient le cuivre dans toutes ces expériences? - le liquide 1 contient des ions cuivre II (voir correction de l'expérience 2.) : Cu le solide 2 est de l'hydroxyde de cuivre (résultat donné) : Cu(OH) 2. - le solide 3 est de l'oxyde de cuivre (résultat donné) : CuO. - le liquide 4 contient des ions cuivre (voir correction de l'expérience 4.) : Cu le solide 5 est du cuivre métallique (voir correction de l'expérience 5.) : Cu. - le solide 6 est du cuivre métallique (voir correction de l'expérience 6.) : Cu. Résumé des diverses expériences : métal cuivre Cu 1. solution d'acide nitrique 5. métal fer ion cuivre II Cu carbone et chauffage 4. sol d'acide chlorhydrique 2. solution de oxyde de cuivre CuO 3. chauffage hydroxyde de cuivre Cu(OH) 2 Conclusion : Au cours de l'ensemble de ces réactions, quelque chose est conservé et peut-être retrouvé à la fin (expériences 5. et 6.). C'est ce qui fait l'essence même du cuivre : on l'appelle élément cuivre. L'élément cuivre est ce qui est commun à l'ensemble des composés du cuivre que sont le métal cuivre, l'ion cuivre II, la molécule d'oxyde de cuivre Au cours de ces expériences l'élément chimique cuivre ne disparait pas mais reste présent sous différentes formes : le métal cuivre, l'ion cuivre II, la molécule d'oxyde de cuivre

4 L'élément cuivre Liste du matériel Pour chaque binôme : lunettes agitateur de verre 5 tubes à essais (dont 3 en pyrex) + 1 bouchon pince en bois bec bunsen + allumettes Au bureau : 9 petites pipettes un peu de solution concentrée d'acide nitrique (environ 50 %) et volatil un peu de solution concentrée d'hydroxyde de sodium (5 à 10 mol.l -1 ) 2 flacons d'acide chlorhydrique (environ 1 mol.l -1 ) 2 flacons de solution de sulfate de cuivre (environ 1 mol.l -1 ) 2 flacons de solution d'hydroxyde de sodium (environ 1 mol.l -1 ) 2 spatules mélange C + 2 CuO en poudre limaille de fer grossière lunettes 2 paires de gants hotte aspirante au moins 2 copeaux de cuivre (4 cm) cuivre en poudre - r.a.s. 3 tubes à essais (dont 1 en Pyrex) pince en bois bec bunsen + allumettes erlenmeyer + bouchon soucoupe

5 solution concentrée de très corrosif solution concentrée d' acide nitrique solution de chlorure d'hydrogène acide chlorhydrique solution de chlorure d'hydrogène acide chlorhydrique (et volatil) Irritant Irritant sulfate de cuivre sulfate de cuivre carbone + oxyde de cuivre

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