Physique Chimie IDENTIFICATION D IONS

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1 Dcument du prfesseur 1/11 Niveau 2 de THEME : LA SANTE Physique Chimie IDENTIFICATION D IONS Prgramme : BO n 4 du 29 avril 2010 LA SANTÉ Les cityens divent acquérir une culture scientifique de façn à prcéder à des chix raisnnés en matière de santé. L'bjectif de ce thème est de mntrer et d expliquer le rôle des sciences physiques et chimiques dans les dmaines du diagnstic médical et des médicaments. NOTIONS ET CONTENUS Le diagnstic médical Éléments chimiques. Istpes, ins mnatmiques COMPÉTENCES ATTENDUES Extraire et expliter des infrmatins cncernant la nature des espèces chimiques citées dans des cntextes variés. Mettre en œuvre un prtcle pur identifier des ins. On peut aussi asscier cette identificatin des ins aux thèmes suivants : Les médicaments Slutin : slvant, sluté, disslutin d une espèce mléculaire u inique Savir qu une slutin cntient des mlécules u des ins. Mettre en œuvre un prtcle pur identifier des ins. Les besins et les répnses de l rganisme lrs d une pratique sprtive Slutin : slvant, sluté, disslutin Savir qu une slutin cntient des mlécules u des ins. d une espèce mléculaire u inique Mettre en œuvre un prtcle pur identifier des ins. Pré requis : Slvant Ins Mts-clé : Ins Prtcle Test d identificatin Liste de matériel : Pste élève Prtir Ref. : Tubes à essai Ref. : Grenaille de zinc (u lame de zinc à décuper en petits mrceaux) Ref. : nitrate d argent en flacns cmpte guttes ml.l -1 Ref. : sulfate de sdium 10-1 ml.l -1 Ref. : chlrure de sdium Ref. : nitrate de baryum Ref. : sulfate de ptassium Slutin d xalate d ammnium Ref. : nitrate de sdium (1 L acide nitrique 10-1 ml.l -1 et 4 g d hydrxyde de sdium, ajuster le ph à 7 avec la slutin de sude) chlrure d ammnium Ref. : Slutin d hydrxyde de calcium Ref. : PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 1)

2 Dcument du prfesseur 2/11 chlrure de calcium Ref. : Slutin d hydrxyde de sdium Ref. : permanganate de ptassium 10-2 ml.l -1 Ref. : Slutin acide sulfurique 9 ml.l -1 Ref. : Eau distillée Ref. : Lunettes de prtectin Ref. : Gants Ref. : Remarques, astuces : Le chix des ins à mettre en évidence est fnctin des différentes eaux que l n suhaite utiliser mais également des tests à mettre en œuvre : La mise en évidence des ins magnésium à l aide de quelques guttes d une slutin de sude décimlaire en présence de jaune de thiazle (jaune Titan) dnne l apparitin d une laque ruge, délicate à bserver et seulement si la cncentratin est suffisante. Les ins ptassium dnnent en présence de picrate de sdium un précipité jaune parfis difficile à bserver. Il existe plusieurs tests pur caractériser les ins nitrate. L un d entre eux est prpsé dans le TP ci-après dévelppé pur les élèves. Un autre est prpsé ci-dessus mais il ne peut être fait qu avec de grandes précautins (sus la htte en raisn de la frmatin de dixyde d azte). Expérience préliminaire : Placer, dans deux tubes à essais, un mrceau de turnure de cuivre et verser dans l un 2 ml d acide sulfurique et dans l autre 2 ml d acide nitrique. Avec l acide sulfurique, il ne se passe rien. Avec l acide nitrique, n bserve le dégagement de mnxyde d azte qui devient instantanément du dixyde d azte, gaz rux et txique, au cntact de l air. La présence d ins nitrate peut dnc se mettre en évidence par le dégagement de ce gaz à cnditins que le milieu sit acidifié ce qui explique l ajut de l acide sulfurique lrs de la mise en évidence des ins nitrate. Mise en évidence des ins nitrate : Attentin : ne pas respirer les vapeurs dans les tubes à essais Versez, dans quatre tubes à essais, 2 ml des slutins : - Nitrate de ptassium - Sulfate de ptassium - Nitrate de sdium - Chlrure de sdium - dans un cinquième, la même quantité d eau distillée. Ajuter ensuite dans chaque tube à essais 1 petit mrceau de turnure de cuivre et, avec de grandes précautins, 5 guttes d acide sulfurique cncentré. Observer. Attentin : ne pas respirer les vapeurs dans les tubes à essais Il est pssible de mettre FACILEMENT en évidence les ins sulfate dans différentes eaux. En présence de chlrure de baryum, les ins sulfate précipitent sus frme de sulfate de baryum de culeur blanche. Le prcessus à suivre est identique à celui pur les ins Cl - par exemple. Le prfesseur purra le mettre en œuvre s il juge qu il en a le temps. PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 2)

3 Dcument du prfesseur 3/11 Test avec la slutin de chlrure de baryum : Ba Cl : Verser, dans quatre tubes à essais, 2 cm en hauteur des slutins ci-dessus et dans un cinquième, sur la même hauteur, la même eau distillée que celle qui a servi pur réaliser les slutins. Ajuter ensuite dans chaque tube 10 guttes d une slutin de chlrure de baryum qui cnstitue le réactif. Observer, cmplétez le tableau ci-dessus et répndez aux questins psées. Tube n Nm de la slutin chlrure de nitrate de sulfate de Eau distillée sulfate de sdium testée sdium baryum ptassium Frmule du sluté 2 Na + + Na + + Cl K + + Cl 2 K + + Observatins Précipité blanc de sulfate de baryum Précipité blanc de sulfate de baryum a. Quel est le rôle de l eau distillée? L eau distillée ayant cnstitué le slvant des slutins utilisées, le tube 5 est dnc un témin qui permet de mntrer que les réactins susceptibles de se prduire ne snt pas imputables au slvant. b. Lrsqu une réactin a lieu dans un tube à essais, avec quel in apprté la réactin a-t-elle lieu? Justifier. Le réactif apprte les ins chlrure et baryum. Dans les tubes 2 et 3 les slutins cntiennent des ins chlrure et il ne se prduit aucune réactin. Par cnséquent, seul l in argent Ba 2+ peut être respnsable d une réactin dans un tube à essai. c. À quel in présent dans la slutin la réactin bservée est-elle due? Justifier. Les tubes 1 et 2 nt en cmmun les ins sdium : aucune réactin n a lieu dans le tube 2 : les ins sdium ne réagissent dnc pas avec le réactif. Les tubes 3 et 4 nt en cmmun les ins ptassium : si aucune réactin n a lieu dans le tube 3 cela signifie que les ins ptassium ne réagissent pas avec le réactif intrduit. Les tubes 2 et 3 renferment les ins chlrure : aucune réactin ne se prduit. On bserve une réactin de précipitatin dans les deux seuls tubes à essais 1 et 4 qui renferment tus les deux des ins sulfate. d. Quel in peut dnc être mis en évidence par le réactif utilisé? Il s agit de l in sulfate mis en évidence par l in baryum. Cmplétez la cnclusin ci-dessus en répndant Cnclusin : L eau distillée est le slvant des slutins emplyées : si une réactin a lieu dans un tube à essai, cela ne peut pas être dû à sa présence. Dans les tubes 1 et 4, n bserve la frmatin d un précipité de culeur blanche. L in apprté qui intervient dans la réactin chimique de frmatin du précipité est l in baryum Ba 2+ car si c était l in apprté Cl - qui réagissait, il devrait y avir un précipité dans le tube 2 ce qui est démenti par l bservatin. L in, présent en slutin, qui réagit avec l in baryum Ba 2+ apprté est l in sulfate Le réactif utilisé sert à mettre en évidence les ins sulfate. PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 3)

4 Dcument du prfesseur 4/11 En ce qui cncerne l activité 2, le chix des eaux se fait en fnctin de la cncentratin affichée sur les étiquettes, il faut veiller à ce que l écart de cncentratin entre les différentes eaux sit suffisant. Par exemple : La plus riche en ins chlrure Cl - : par exemple dans l eau TAILLEFINE u Saint Yre dégazée La plus riche en ins calcium Ca 2+ : par exemple dans l eau HEPAR La plus pauvre en ins nitrate NO 3 - : par exemple dans l eau SAINT AMAND Hépar Saint Amand Taillefine St Yre dégazée Calcium Magnésium Sdium Ptassium Bicarbnates Sulfates Chlrures Nitrates 2, Flurures 0,4 2 1 silice La plus riche en ins sulfate est aussi l eau HEPAR Rappeler impérativement aux élèves les dangers présentés par l acide sulfurique dnt la fiche sécurité est jinte : Acide sulfurique R 14 : réagit vilemment au cntact de l eau R 35 : Prvque de graves brûlures R 37 : Irritant pur les vies respiratires S 26 : en cas de cntact avec les yeux, laver immédiatement et abndamment avec de l eau et cnsulter un spécialiste S 30 : ne jamais verser de l eau dans ce prduit S 45 : En cas d accident u de malaise cnsulter immédiatement un médecin (si pssible lui mntrer l étiquette) Prlngements pssibles : Eaux et santé Pur les bébés, il est préférable que l eau utilisée pur les biberns eau sit très pauvre en ins nitrate et faiblement minéralisée. L rganisme des nurrissns est fragile : avant 6 mis, leur PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 4)

5 Dcument du prfesseur 5/11 appareil digestif n étant pas ttalement frmé, les nitrates peuvent être transfrmés en nitrites susceptibles d xyder l hémglbine. Il s agit de la «maladie bleue» u méthémglbinémie : la méthémglbine frmée empêche la bnne xygénatin du sang. L AFFSA recmmande de ne pas dépasser une teneur de 10 mg.l -1 en ins nitrate pur une eau destinée à un bébé alrs que pur un adulte la teneur maximale admissible est 50 mg.l -1. PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 5)

6 Dcument du prfesseur 6/11 Nm : Prénm : Classe : Date : Physique Chimie Thème : La Santé IDENTIFICATION DES IONS Objectifs : - Mettre en œuvre un prtcle pur identifier des ins. - Savir qu une slutin peut cntenir des ins. - Interpréter les infrmatins prvenant d étiquettes et de divers dcuments. L Institut français de nutritin recmmande de varier les eaux de cnsmmatin, le chix de l eau devant être adapté aux besins du mment. Chez la femme enceinte dnt les besins calciques snt accrus, une eau riche en ins calcium peut être recmmandée. Pur l eau des biberns des bébés, il vaut mieux chisir une au faiblement minéralisée, dnt la teneur en ins nitrate est inférieure à 10 mg.l -1. Certaines persnnes divent veiller à la teneur en sel dans leur alimentatin et chisir une eau peu riche en ins sdium. Il est dnc primrdial de savir identifier la présence de certains ins dans les eaux de cnsmmatin. C est le but de cette séance expérimentale. ACTIVITÉ 1 : mise en évidence de quelques ins par des réactifs apprpriés. 1.1 Test avec la slutin de nitrate d argent : Ag + + Verser, dans quatre tubes à essais, 2 cm en hauteur des slutins ci-dessus et dans un cinquième, sur la même hauteur, la même eau distillée que celle qui a servi pur réaliser les slutins. Ajuter ensuite dans chaque tube 10 guttes d une slutin de nitrate d argent qui cnstitue le réactif. Observer, cmplétez le tableau ci-dessus et répndez aux questins psées. Tube n Nm de la slutin chlrure de nitrate de chlrure de nitrate de Eau distillée testée sdium sdium ptassium ptassium Frmule du Na + + Na + + K + + K + + sluté Observatins Apparitin d un précipité blanc de chlrure d argent AgCl qui nircit à la lumière Apparitin d un précipité blanc de chlrure d argent AgCl qui nircit à la lumière PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 6)

7 Dcument du prfesseur 7/11 Cmpléter la cnclusin ci-dessus en répndant aux questins suivantes : a. Quel est le rôle de l eau distillée? L eau distillée ayant cnstitué le slvant des slutins utilisées, le tube 5 est dnc un témin qui permet de mntrer que les réactins susceptibles de se prduire ne snt pas imputables au slvant. b. Lrsqu une réactin a lieu dans un tube à essais, avec quel in apprté la réactin a-t-elle lieu? Justifier. Le réactif apprte les ins argent et nitrate. Dans les tubes 2 et 4 les slutins cntiennent des ins nitrate et il ne se prduit aucune réactin. Par cnséquent, seul l in argent Ag + peut être respnsable d une réactin dans un tube à essai. c. À quel in présent dans la slutin la réactin bservée est-elle due? Justifier. Les tubes 1 et 2 nt en cmmun les ins sdium : aucune réactin n a lieu dans le tube 2 : les ins sdium ne réagissent dnc pas avec le réactif. Les tubes 3 et 4 nt en cmmun les ins ptassium : si aucune réactin n a lieu dans le tube 4 cela signifie que les ins ptassium ne réagissent pas avec le réactif intrduit. Les tubes 2 et 4 renferment les ins nitrate : aucune réactin ne se prduit. On bserve une réactin de précipitatin dans les deux seuls tubes à essais 1 et 3 qui renferment tus les deux des ins chlrure. d. Quel in peut dnc être mis en évidence par le réactif utilisé? Les ins chlrure peuvent être mis en évidence grâce au nitrate d argent u plus précisément grâce aux ins argent. Cnclusin : L eau distillée est le slvant des slutins emplyées : si une réactin a lieu dans un tube à essai, cela ne peut pas être dû à sa présence. Dans les tubes 1 et 3, n bserve la frmatin d un précipité de culeur blanche qui nircit à la lumière. L in apprté qui intervient dans la réactin chimique de frmatin du précipité est l in argent Ag + car si c était l in nitrate apprté qui réagissait, il devrait y avir un précipité dans les tubes 2 et 4, ce qui est démenti par l bservatin. L in, présent en slutin, qui réagit avec l in argent Ag + apprté est l in chlrure Cl - Le réactif utilisé sert à mettre en évidence les ins chlrure Cl Test par l xalate d ammnium : 2 + C 2 Verser, dans quatre tubes à essais, 2 cm en hauteur des slutins ci-dessus et dans un cinquième, sur la même hauteur, la même eau distillée que celle qui a servi pur réaliser les slutins. Ajuter ensuite dans chaque tube 10 guttes d une slutin d xalate d ammnium qui cnstitue le réactif. PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 7)

8 Dcument du prfesseur 8/11 Observer, cmplétez le tableau ci-dessus et répndez aux questins psées. Tube n Nm de la slutin chlrure Slutin d hydrxyde de chlrure de Slutin d hydrxyde de Eau distillée testée d ammnium calcium calcium sdium Frmule du + Ca Ca Na + + sluté Observatins Apparitin d un précipité blanc d xalate de calcium Apparitin d un précipité blanc d xalate de calcium a. Quel est le rôle de l eau distillée? L eau distillée ayant cnstitué le slvant des slutins utilisées, le tube 5 est dnc un témin qui permet de mntrer que les réactins susceptibles de se prduire ne snt pas imputables au slvant. b. Lrsqu une réactin a lieu dans un tube à essais, avec quel in apprté la réactin a-t-elle lieu? Justifier. Le réactif apprte les ins ammnium et xalate. Or la slutin 1 cntient des ins ammnium, il ne se passe rien après ajut du réactif. Par cnséquent le seul in qui peut agir est l in xalate. c. À quel in présent dans la slutin la réactin bservée est-elle due? Justifier. Les tubes 2 et 4 nt en cmmun les ins hydrxyde, r il ne se passe rien dans le tube 4. Les ins hydrxyde ne peuvent dnc pas être respnsables du précipité bservé dans le tube 2 Les tubes 1 et 3 nt en cmmun les ins chlrure, r il ne se passe rien dans le tube 1 dnc les ins chlrure ne peuvent pas être respnsables du précipité bservé dans le tube 3. Le précipité n apparait que dans les tubes 2 et 3, le seul in cmmun est l in calcium, c est dnc lui qui réagit avec le réactif intrduit. d. Quel in peut dnc être mis en évidence par le réactif utilisé? L in calcium peut être mis en évidence grâce à l xalate d ammnium. Cmpléter la cnclusin ci-dessus en vus inspirant de la cnclusin du 1.1 : Cnclusin L eau distillée est le slvant des slutins emplyées : si une réactin a lieu dans un tube à essai, cela ne peut pas être dû à sa présence. Dans les tubes 2 et 3, n bserve la frmatin d un précipité de culeur blanche. L in apprté qui intervient dans la réactin chimique de frmatin du précipité est l in xalate car si c était l in ammnium apprté qui réagissait, il devrait y avir un précipité blanc dans le tube 1, ce qui est démenti par l bservatin de ce tube qui reste inclre. L in présent en slutin qui réagit avec l in xalate apprté est l in calcium Ca 2+. Le réactif utilisé sert à mettre en évidence les ins calcium. PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 8)

9 Dcument du prfesseur 9/ Mise en évidence des nitrates Expériences préliminaires Placer, dans tris tubes à essais, un mrceau de grenaille de zinc. Ajuter dans le premier tube 2 ml de slutin de sulfate de sdium, dans le deuxième 2 ml de slutin de nitrate de sdium, dans le trisième 2 ml de slutin de chlrure de sdium. Verser dans chacun de ces tubes 2 guttes de slutin de permanganate de ptassium de culeur vilette. Acidifier ensuite les slutins présentes dans les tris tubes à essais en y versant, avec de grandes précautins, 5 guttes d acide sulfurique cncentré. Observer et remplissez le tableau ci-après Tube n Nm la slutin intermédiaire ajutée Sulfate de sdium Nitrate de sdium Chlrure de sdium Frmule du sluté ainsi ajuté 2 Na + + Na + + Na + + Observatins Cmpléter la cnclusin ci-dessus La slutin reste clrée au but de 2 minutes Déclratin rapide de la slutin La slutin reste clrée au but de 5 minutes Cnclusin : La slutin de permanganate de ptassium ne se déclre rapidement que dans le tube n 2. Cette déclratin rapide est due aux ins nitrate qui activent l actin du permanganate de ptassium sur la grenaille de zinc en milieu acide. Une telle déclratin s bserverait dans les autres tubes mais beaucup plus lentement. On dit que les ins nitrate catalysent la réactin entre le permanganate de ptassium et le zinc Mise en évidence des ins nitrate Prenez cinq tubes à essais et placez dans chacun d eux un mrceau de grenaille de zinc. Verser, dans quatre tubes à essais, 2 cm en hauteur des slutins ci-dessus et dans un cinquième, sur la même hauteur, la même eau distillée que celle qui a servi pur réaliser les slutins. Ajuter dans chaque tube 2 à 3 guttes de slutin de permanganate de ptassium. Versez ensuite dans chaque tube à essais et avec de grandes précautins, 5 guttes d acide sulfurique cncentré. PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 9)

10 Dcument du prfesseur 10/11 Observer, cmplétez le tableau ci-après et répndez aux questins psées Tube n Nm de la slutin testée Frmule du sluté Observatins Nitrate de ptassium Sulfate de ptassium Nitrate de sdium Chlrure de sdium K K + + Na + + Na + + Déclratin rapide de la slutin La slutin reste clrée au but de 3 minutes Déclratin rapide de la slutin Cmpléter la cnclusin ci-dessus en répndant aux questins psées : La slutin reste clrée au but de 3 minutes Eau distillée La slutin reste clrée au but de 3 minutes a. Lrsqu une réactin a lieu dans un tube, à quel in présent dans la slutin est-elle due? Justifier vtre répnse. La présence des ins nitrate active la déclratin de la slutin de permanganate de ptassium. Les tubes 1 et 3 renferment des ins nitrate. Ce snt les seuls tubes pur lesquels la déclratin du permanganate de ptassium est rapide. b. Quel in peut dnc être mis en évidence par la méthde utilisée? L in nitrate Cnclusin La déclratin de la slutin s bserve dans les tubes 1 et 3 qui snt les seuls à renfermer des ins nitrate Cette méthde permet de mettre en évidence la présence des ins nitrate. Plus la slutin sera cncentrée en ins nitrate et plus la déclratin sera rapide. ACTIVITÉ 2 : Identificatin des ins présents dans des eaux de cnsmmatin. Vus avez à vtre dispsitin diverses eaux de cnsmmatin. Vus devez identifier celle qui semble : La plus riche en ins chlrure Cl - La plus riche en ins calcium Ca 2+ La plus pauvre en ins nitrate NO Décrire avec précisin les tests à mettre en œuvre. - Réaliser ces tests. - Dnner les résultats dans le tableau ci-dessus : PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 10)

11 Dcument du prfesseur 11/11 Ins chlrure Cl - calcium Ca 2+ nitrate Eau la plus riche en ces ins Eau la plus pauvre en ces ins PIERRON 2011 Identificatin d ins (page 11)