PROTOCOLES D EXPERIENCES COURS 1ERE ANNEE

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1 PROTOCOLES D EXPERIENCES COURS 1ERE ANNEE AOUT 2008

2 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -2- MELANGES ET CORPS PURS SEPARATION D UN MELANGE DE SOLIDES où l on commence à manipuler pour découvrir quelques propriétés physiques de différentes substances. Effectuer la séparation d'un mélange de solides au moyen de procédés physiques simples. MATERIEL ET PRODUITS 5 béchers de 100 ml, 1 spatule, 1 plaque chauffante, 1 aimant, glace pilée. Mélange de chlorure de sodium (NaCl), de sable de silice (SiO 2 ), d'iode (I 2 ) et de limaille de fer (Fe). RECOMMANDATIONS Manipuler avec précaution l iode. Ne pas inhaler les vapeurs MANIPULATIONS : 1. Introduire dans un bécher sec quelques spatules du mélange contenant du chlorure de sodium, du sable de silice, de l'iode et de la limaille de fer. Introduire dans un second bécher de la glace pilée, sécher consciencieusement le fond de ce bécher et le placer sur le précédent. 2. Chauffer l'installation en la posant sur la plaque réglée à 120 C. Observer attentivement ce qui se passe dans le bécher. Lorsque les émanations de vapeurs sont terminées, démonter l'installation, et poser le bécher muni du dépôt violet dans un cristallisoir à disposition sous chapelle. 3. Laisser refroidir le bécher contenant le mélange de solides. Placer dessous un aimant et transvaser le mélange dans un nouveau bécher. Pour une séparation complète, répéter l opération, utiliser au besoin un troisième bécher. Observer le résultat de la séparation. Conserver la substance qui a été isolée au moyen de l'aimant. 4. Dans le bécher contenant le reste du mélange de solides, ajouter 5 à 10 ml d'eau et agiter. Transvaser lentement la solution dans un autre bécher, en prenant soin de ne pas y verser le résidu solide. 5. Placer ce dernier bécher (qui contient le liquide) sur la plaque chauffante. Chauffer le jusqu'à évaporation complète de l'eau (thermostat sur 200 C). Observer le résultat de cette opération.

3 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -3- MELANGES ET CORPS PURS SEPARATION D UN MELANGE DE LIQUIDES PAR DISTILLATION Effectuer la séparation d'un mélange homogène de liquides au moyen d une distillation. Suivre et comprendre les étapes de cette opération. REMARQUE Une seule expérience est montée pour la classe. Les mesures de l'évolution de la température sont projetées sur écran. Le graphique de l'évolution de cette température au cours de l'expérience est distribué après la séparation. MATERIEL Selon le schéma de l installation ci-dessous, dont les légendes sont à ajouter : PRODUITS Hexane, acétate de pentyle. MANIPULATIONS (à compléter par les élèves) : 1. Mélanger environ 15 ml de chacun des produits à séparer

4 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -4- LES LIAISONS CHIMIQUES ET LA MOLECULE ARCHITECTURE MOLECULAIRE... où l'élève modèle apprend à construire des modèles! Construire des molécules au moyen de modèles moléculaires et visualiser leur forme dans l'espace, dessiner les formules développées de ces molécules. MATERIEL Par groupe, une boîte de modèles moléculaires éclatés comportant : 10 boules noires : atomes de carbone 25 demi-sphère blanches : atomes d'hydrogène 4 boules bleues : atomes d'azote 10 boules rouges : atomes d'oxygène 2 petites boules grises : atomes de sodium 1 boule grise moyenne: atome de calcium 2 boules grenat : atomes de chlore Des petites tiges blanches (déjà enfoncées dans les boules) représentant les paires d'électrons "non-liantes". Des petites tiges grises permettant de construire des simples liaisons, les grandes tiges sont à utiliser pour des liaisons multiples. MANIPULATIONS : Construire les molécules suivantes : a. molécules diatomiques : H 2, O 2, N 2, NaCl, HCl b. molécules triatomiques : H 2 O, CO 2, HCN, NaOH, CaCl 2 c. autre molécule minérale : NH 3 d. molécules organiques : CH 4, CH 3 Cl, CH 3 CH 2 OH, C 5 H 11 COOH REPRESENTATIONS et DISCUSSIONS 1. Déterminer laquelle (ou lesquelles) des molécules construites peuvent avoir plusieurs formes. Pourquoi? 2. Donner la représentation développée de chacune des molécules construites, utilisez une représentation 3D s'il y a lieu. Indiquer si les liaisons sont covalentes ou ioniques, et dans ce dernier cas, spécifier les ions qui se forment.

5 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -5- MELANGES ET CORPS PURS L EXTRACTION Définir les facteurs qui permettent d utiliser l extraction comme méthode de séparation. Eliminer la rhodamine contenue dans une solution aqueuse de sulfate de cuivre. MATERIEL 2 béchers de 50 ml 2 baguettes de verre 1 cylindre gradué de 20 ml 1 éprouvette 1 spatule 1 ampoule à décanter PRODUITS sulfate de cuivre (CuSO 4 ), pentanol, solution aqueuse de rhodamine. MANIPULATION 1. Dans un bécher de 50 ml, verser 20 ml d'eau distillée. Y ajouter 2 spatules de sulfate de cuivre. 2. Dans un autre bécher de 50 ml, verser 20 ml de pentanol. Y ajouter 1/2 spatule de sulfate de cuivre. Agiter chacun des mélanges avec une baguette de verre pendant 1 à 2 minutes. 3. Introduire dans une éprouvette 2 ml d eau et y ajouter 1 ml de pentanol. Agiter légèrement et laisser reposer. 4. A l aide d un cylindre gradué, introduire dans l ampoule à décanter 10 ml de la solution aqueuse de rhodamine. 5. Ajouter dans l ampoule le pentanol contenu dans l un des béchers (point 2). 6. En suivant les indications de l enseignant, agiter l ampoule et observer. Eliminer les solutions selon les consignes de l'enseignant. 7. Dans le bécher contenant la solution aqueuse de CuSO 4 ajouter environ 5 ml de la solution aqueuse de rhodamine. 8. Proposer une méthode permettant de séparer la rhodamine du sulfate de cuivre contenus dans le mélange constitué au point 7. Après approbation de cette méthode par l'enseignant, appliquer celle-ci.

6 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -6- METHODES DE SEPARATION FILTRATION et ADSORPTION - Découvrir une technique de purification, l'adsorption. REMARQUE L'adsorption est une opération au cours de laquelle une ou plusieurs substances à éliminer d'une solution se déposent en surface d'un solide. Le solide est ici du "charbon actif". Le terme adsorption ne doit pas être confondu avec celui plus courant d'absorption, que l'on réserve au cas où la substance absorbée migre également à l'intérieur de l'absorbant. MATERIEL 1 bécher de 100 ml 1 spatule 2 erlenmeyers de 150 ml 2 entonnoirs 1 baguette de verre papiers filtre PRODUITS Encre de plume à réservoir - Solution aqueuse de rhodamine - Vin rouge Charbon actif MANIPULATIONS 1. Verser dans un bécher environ 30 ml d'une solution aqueuse préparée en introduisant de l'encre et de la rhodamine dans du vin rouge. Nous appellerons cette solution "eau polluée". 2. Faire introduire par l'enseignant une spatule de charbon actif dans "l'eau polluée". Agiter à l'aide de la baguette de verre et laisser reposer. 3. Placer les entonnoirs sur les erlenmeyers. Les munir l'un du papier filtre plissé, l'autre du papier filtre "plat". Verser en parts égales l'eau polluée dans chacun des entonnoirs OBSERVATIONS Relevez consciencieusement ce que vous observez au cours de vos manipulations. Vous serez notamment attentifs à: - l aspect de chacun des mélanges à chaque étape (mélange homogène ou hétérogène, couleur des solutions...) ; - le contenu de chacun des deux papiers filtre ; - le contenu de chacun des deux récipients ayant recueilli les filtrats (= liquides filtrés), en comparant chacun au mélange initial correspondant. DISCUSSIONS En fonction des consignes données en classe, vous exploiterez cette expérience en rédigeant un rapport ou en répondant à un questionnaire. Dans ce cadre, n'oubliez pas d'expliquer les observations faîtes au cours de l'expérience et de transcrire les explications complémentaires données par votre enseignant.

7 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -7- LA REACTION CHIMIQUE EQUILIBRAGE D'UNE EQUATION Découvrir le mécanisme de l'équilibrage d'une équation. MATERIEL Boites de modèles moléculaires décrites dans l'expérience de la page 4 des protocoles d'expérience. MANIPULATIONS : 1. Pour chacune des réactions chimiques dont les équations sont indiquées ci-dessous, construire la ou les molécules des réactifs. Selon les consignes données en classe, utiliser les atomes des modèles des réactifs que vous avez construits pour obtenir les molécules des réactifs. a) AgNO 2 + NaCl NaNO 2 + AgCl b) H 2 O H 2 + O 2 c) CH 4 + O 2 CO 2 + H 2 O d) C 2 H 5 OH + O 2 CO 2 + H 2 O 2. Noter, pour chaque réactif, le nombre de molécules utilisées. Noter également, pour chaque produit, le nombre de molécules formées. Equilibrer la réaction chimique en introduisant ces nombres dans l équation de la réaction comme votre enseignant vous l'indiquera. DISCUSSIONS 1. Que peut-on conclure sur le nombre d atomes figurant dans les deux membres de l équation? 2. Que se passe-t-il pour les liaisons chimiques au cours de la réaction chimique? 3. Parmi ces réactions, qu'elle est celle que l'on peut nommer "réaction ionique", et pourquoi?

8 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -8- LA REACTION CHIMIQUE Etats physiques des corps et Echanges d'énergie Transcrire sous forme d'équations des réactions faites en classe. CONSIGNES Ecrire et équilibrer les réactions chimiques effectuées en classe. Indiquer l état physique des réactifs et des produits Choisir le groupe de la liste suivant auquel chaque réaction appartient. a. Réaction entre deux gaz. b. Réaction entre un gaz et un solide. c. Réaction entre un gaz et un liquide. d. Réaction entre deux solides. e. Réactions entre un solide et un liquide. f. Réaction entre deux solutions.

9 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -9- REACTIONS de PRECIPITATIONS Effectuer des réactions de précipitations. Pour chacune, prévoir les produits de la réaction et identifier le précipité. Apprendre à noter ces réactions sous forme d'équations. INTRODUCTION Les réactifs que vous utiliserez sont en solution aqueuse, donc déjà dissociés sous forme de ions. Certains de ces ions devraient déjà vous être familiers : Na +, Cl -, OH -, Ca Pour les autres ions, que vous ne connaissez pas, vous aurez besoin de vous référez à la liste des ions qui figure à la page 36. MANIPULATIONS 1) Préparer une solution d'acétate de plomb(ii) en introduisant une spatule de poudre de Pb(CH 3 COO) 2 dans une éprouvette, puis en y ajoutant environ 10 [ml] (5 cm dans l'éprouvette) d'eau. Agiter pour dissoudre le solide. Etablir l'équation de dissociation de ce sel. 2) Pour chacune des réactions suivantes, introduire dans une éprouvette 2 cm de chacun des réactifs. Equilibrer les équations. a) NaOH + FeCl 3 NaCl + Fe(OH) 3 b) CoCl 2 + Na 2 CO 3 CoCO 3 + NaCl Question: Quel est l'état physique de chacune des substances en jeu? 3) Effectuer chacune des réactions dans une éprouvette, compléter et équilibrer les équations des réactions qui vous sont proposées. a) KI + Pb(CH 3 COO) b) CuSO 4 + NaOH c) CuCO 3 + Na 2 SO 4 En observant les couleurs des réactifs et des précipités, essayez d'identifier le précipité. 4) Choisir parmi les réactifs à disposition ceux permettant d'obtenir une réaction de précipitation du carbonate de baryum (BaCO 3 ). Effectuer cette réaction, écrire l'équation de celle-ci.

10 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -10- ANALYSE QUALITATIVE 1. INTRODUCTION L'analyse qualitative consiste à mettre en évidence les différents composés d'un mélange par une série de réactions caractéristiques. Dans ce laboratoire, on détectera la présence de ions en solution. Les réactions utilisées seront principalement des précipitations. Pour détecter la présence de ions H + ou OH -, on utilisera en plus un papier ph, papier jouant le rôle d'un indicateur de milieu acide ou basique. Avant de procéder à l'analyse d'un composé inconnu, il conviendra de tester chacune des réactions sur une substance connue. On obtient alors ce que l'on appelle un témoin. On notera précisément les caractéristiques de la réaction témoin (précipitation, changement de couleur de la solution...). La comparaison du comportement de la substance inconnue avec celui du témoin devra nous permettre de conclure sur la présence ou non du ion recherché dans la solution inconnue. Ces analyses seront complétées par une "analyse à la flamme", au cours de laquelle la substance est introduite dans une flamme. La coloration observée permet d'identifier certains cations non révélés par les réactions de précipitation. 2. PREPARATION A DOMICILE Pour chacune des réactions de précipitation figurant dans le tableau ci-dessous, poser et équilibrer la réaction correspondante. 3. PARTIE EXPERIMENTALE 3.1 Préparation des témoins Dans cette première partie on effectuera des analyses sur des solutions connues. Consigner clairement les résultats de ces tests dans le tableau (voir deux pages plus loin). Les éprouvettes témoins doivent être conservées. Manipulations Pour les réactions de précipitations: - Mettre dans une éprouvette environ 4 [ml] (2 cm) de la solution contenant le ion à analyser. - Ajouter un peu de réactif, agiter et observer la réaction obtenue. Mise en évidences des ions H + ou OH - : - On déposera chaque fois une goutte de solution à analyser sur un petit bout de papier ph. La couleur du papier permet de déterminer le ph de la solution. Les acides possèdent des ph inférieurs à 7, les hydroxydes des ph supérieurs à 7.

11 Chimie 1 ère / Protocoles d'expériences -11- Identification des ions NO 3 - Remarque : ce test n'est pas valable si la solution contient des ions sulfates. - Mettre dans une éprouvette environ 4 [ml] (2 cm) de la solution contenant le ion à analyser. - Ajouter 10 gouttes d'une solution acide de KMnO 4 (ATTENTION, H 2 SO 4 concentré!). - Introduire dans l'éprouvette un petit copeau de zinc. - Observer l'évolution de la couleur de la solution. Le test est positif si la solution se décolore lentement, mais en moins de 1 minute. En cas de doute, ajouter encore quelques gouttes de KMnO 4. Analyse à la flamme En suivant les indications données par l'enseignant, compléter ces tests par une analyse à la flamme de sels contenant les ions suivants : Na + K + Ba ++ Sr Analyse de solutions inconnues En se basant sur les résultats de la première partie, il s'agit de trouver, au moyen des réactifs appropriés et par les mêmes manipulations que précédemment, ce que contiennent des solutions inconnues. Chaque solution renferme 3 ions différents et a été obtenue en metant en solution deux composés. 4. CONCLUSION - Résumer les manipulations dans le tableau ci-dessous en mettant en évidence les tests «positifs». - Indiquer clairement les ions en présence dans chaque solution inconnue. - Reconstituer les formules moléculaires des composés contenus dans chacune des solutions proposées.