Chapitre 5, TP : «Le cuivre dans tous ses états»

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1 Chapitre 5, TP : «Le cuivre dans tous ses états» Objectifs Mettre en évidence qu un élément chimique (ici le Cuivre) peut être présent sous plusieurs formes (plusieurs états). Mettre en évidence la conservation de l'élément cuivre au cours de quelques transformations chimiques. Présentation : Le cuivre pourrait bien être le premier métal à avoir été utilisé par l homme, étant donné que des objets en cuivre datant de 8700 avant J.-C. ont été trouvés. C est un métal rouge, mais on le rencontre «vert-de-gris» sur les coupoles de monuments, et en bronze (alliage) lorsqu il est mélangé à l étain. Au cours de ce TP, vous allez étudier l élément cuivre et réaliser des réactions chimiques permettant de passer d une de ses formes à une autre (voir le tableau du document 1). Document 1 : différentes formes de l élément cuivre Espèce chimique Formule Etat physique Couleur Le métal cuivre Cu Solide Orange - Rouge L ion cuivre II Cu 2+ Liquide (ion dissous) Bleu L oxyde de cuivre II CuO Solide Noir L hydroxyde de cuivre Cu(OH) 2 Solide Bleu foncé Document 2 : consignes de sécurité et de rédaction L utilisation du chauffage doit être prudente. Ecoutez bien les consignes de l enseignant. La lecture des pictogrammes et l emploi adapté de gants et lunettes est pris en compte dans la notation. Pour chaque expérience, observez et notez ce qui se passe. Les schémas demandés devront être clairs, colorés et légendés. L équation de la réaction est à choisir parmi celles proposées (page 4). Document 3 : matériel disponible 3 tubes à essai sur un support et 1 bécher de 100 ml Un dispositif de chauffage (plaque chauffante) ; eau distillée Un entonnoir, un papier filtre, une pince en bois, une spatule Une solution de sulfate de cuivre Cu SO 4 de concentration 0,1 mol.l -1 environ Une solution d'hydroxyde de sodium Na + + OH - de concentration 1 mol.l -1 Une solution d acide chlorhydrique H + + Cl - de concentration 1 mol.l -1 Sous la hotte : 1 grande éprouvette Des copeaux de cuivre Cu De la poudre de fer Fe ; de l'oxyde de cuivre (II) CuO Une solution d'acide nitrique H NO 3 concentrée ( 8 mol.l -1 ) 1

2 I. Partie expérimentale : réactions chimiques de l élément cuivre Réaction n 1 : Action de l'acide nitrique sur le cuivre L expérience est réalisée sous la hotte par l enseignant. On place quelques copeaux de cuivre (Cu) dans une grande éprouvette. Sous la hotte, munis de gants et de lunettes, on a ajouté avec précaution environ 3 ml de la solution d'acide nitrique (H + + NO 3- ) concentré. Un gaz roux très toxique est produit appelé dioxyde d azote (NO 2). On ajoute à la fin de l eau distillée pour mieux faire apparaître la couleur de la solution formée. Observer et compléter le schéma (flèches légendées, vos observations : aspect, couleur, état physique,...) Qu est devenu le métal cuivre? Justifier..... Réaction n 2 : Action du fer (Fe) sur une solution contenant des ions cuivre II Dans un entonnoir, placer un papier filtre pour le boucher, puis y ajouter de la poudre de fer (Fe). Placer un bécher sous l entonnoir, puis verser lentement dans le filtre un peu de la précédente solution bleue contenant des ions cuivre II (Cu 2+ ) : un solide rougeâtre doit apparaître. aspect, couleur, état physique,

3 Appel n 1: Appeler le professeur pour qu il vérifie vos manipulations et vos réponses Réaction n 3 : Obtention de «l hydroxyde de cuivre (II)» Cu(OH) 2 Verser 2 ml d une solution de sulfate de cuivre (II). Formule du sulfate de cuivre en solution aqueuse : (Cu 2+, SO 4 2- ). Puis, verser 1 ml de soude («soude» est le nom commun donné à l hydroxyde de sodium (Na +, HO - ) en solution aqueuse) dans ce tube. Nul besoin d agiter le tube. Conserver ce tube pour plus tard (manipulation n 5).... Appel n 2: Appeler le professeur pour qu il vérifie vos manipulations et vos réponses Réaction n 4 : Réaction entre l oxyde de cuivre et l acide chlorhydrique Le métal cuivre s oxyde par simple chauffage dans une flamme. Il se recouvre d oxyde de cuivre (CuO) noir. Dans un tube à essai, introduire une pointe infime de spatule d oxyde de cuivre. Ajouter 3 à 4 ml de solution d acide chlorhydrique (H + + Cl - ). Agiter. Si vous n observez aucun changement, chauffer légèrement. 3

4 Equation chimique de la réaction (Aide : l acide chlorhydrique apporte les ions H + )... Appel n 3: Appeler le professeur pour qu il vérifie vos manipulations et vos réponses Réaction n 5 : Chauffage de l'hydroxyde de cuivre (II) Cu(OH) 2 Reprendre le tube à essai de la réaction n 3 contenant le précipité d hydroxyde de cuivre. Observer un changement visuel (changement de couleur). Si vous ne voyez rien de nouveau, chauffer le tube, jusqu à l apparition d un solide noir. On réalise ainsi la déshydratation de l hydroxyde de cuivre, c est-à-dire que la molécule Cu(OH) 2 perd une molécule d eau H 2O..... Appel n 4: Appeler le professeur pour qu il vérifie vos manipulations et vos réponses II. Exploitation des expériences Les transformations chimiques étudiées dans ce TP mettent en jeu différentes espèces chimiques. Quel est le point commun entre toutes ces espèces? Compléter le schéma ci-dessous en indiquant : - dans les cases : les différentes formes de l élément chimique ; - sur les flèches : les expériences effectuées ; - le nom de l élément chimique. 4

5 ... Cu Action de l acide nitrique Cu L élément... Chauffage Justifier le titre du TP Appel n 5: Appeler le professeur pour qu il évalue vos réponses (A) réponses justes (B) réponses partiellement justes (C) réponses incomplètes (D) réponses fausses / non traité Equations des réactions chimiques : ********************************************* Equation A : Cu + 4 H NO Cu H 2O + 2 NO 2 Equation B : Cu(OH) 2 CuO + H 2O Equation C : CuO + 2 H + H 2O + Cu 2+ Equation D : Cu OH - Cu(OH) 2 Equation E : Cu 2+ + Fe Cu + Fe 2+ 5

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