Les ions dans la vie courante Les réactions de précipitation

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1 Les ions dans la vie courante Les réactions de précipitation Illustra ons : Antenne de formation et de promotion du secteur sciences & technologies rue des Wallons 72 L Louvain-la-Neuve

2 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 2 Introduction C est les vacances, Xavier et toute sa famille sont à la mer! En jouant dans les vagues, Xavier avale une gorgée d eau de mer et pousse un cri : «Berk, c est vraiment pas bon, je plains les poissons qui doivent y vivre!». Sa grande sœur, Juliette, lui dit qu elle a appris au cours de biologique que nos cellules vivent, se nourrissent et se reproduisent dans un milieu intérieur qui possède la même composition minérale que l'eau de mer. «N importe quoi, lui répond Xavier! Juliette se met donc au défi de le lui prouver.» Qu en pensez-vous? Croyez-vous possible que nos cellules puissent survivre dans un milieu comme de l eau de mer? Les premières recherches de nos deux vacanciers les amènent dans des livres de chimie où on leur explique que l on peut comparer le milieu interne de l homme et l eau de mer en effectuant un titrage des ions Cl -. Le titrage est du a une différence de solubilité entre AgCl et Ag 2 CrO 4, et à la précipitation de ces deux composés dans des conditions différentes. Tout cela semble bien compliqué!! Qu est-ce que la solubilité? Pourquoi parle-t-on de réactions de précipitation? Qu est-ce qu un titrage? Nos deux vacanciers sont perplexes! Je vous propose de les aider en commençant par le début

3 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 3 Notion de solubilité Commençons par différentes expériences permettant de définir la solubilité. 1. Matériel et réactifs 6 tubes à essai Un support de tubes Une spatule Matériel Réactifs Eau déminéralisée Deux paillettes d iode (I 2 ) Du chlorure de calcium solide (CaCl 2 ) Cyclohexane (C 6 H 12 ) Une solution de chlorure de sodium (NaCl) Du carbonate de calcium solide (CaCO 3 ) 2. Mode opératoire 1 ère expérience : prenez deux tubes à essai et versez 2 cm³ d eau dans le premier et 2 cm³ de cyclohexane dans le second. Ajoutez une pointe de spatule de NaCl dans chacun des tubes à essai. 2 ème expérience : prenez deux tubes à essai et versez 2 cm³ d eau dans le premier et 2 cm³ de cyclohexane dans le second. Ajoutez une ou deux paillettes d I 2 dans chacun des tubes. 3 ème expérience : prenez deux tubes à essai et versez 2 cm³ d eau dans chacun des tubes. Ajoutez une pointe de spatule de carbonate de calcium solide dans le premier et une pointe de spatule de chlorure de calcium dans le second. 3. Résultats Observation du point de vue de la solubilité Composés polaires ou apolaires Conclusion 1 ère expérience NaCl : H 2 O : C 6 H 12 : 2 ème expérience I 2 : H 2 O : C 6 H 12 : 3 ème expérience Définition de la solubilité :.

4 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 4 Les réactions de précipitation, aspect qualitatif Vous avez constaté que la solubilité d un composé dépend de celui-ci et du solvant. Par ailleurs, certains composés sont plus solubles que d autres. Rappelez-vous, pour comparer l eau de mer au milieu interne de l homme, on vous a parlé de différence de solubilité et de précipitation. Vous allez donc vous intéresser à la formation d un composé solide (précipité) à partir du mélange de deux solutions. MANIPULATION 1 : MISE E EN ÉVIDENCE DES RÉACTIONS DE PRÉCIPITATION 1. Matériel et réactifs Deux tubes à essai Un support de tubes Une spatule Matériel Réactifs Solution de nitrate de potassium (KNO 3 ) Solution de chlorure de sodium (NaCl) Solution de nitrate d argent (AgNO 3 ) 2. Mode opératoire, résultats et discussions Expériences Observation Conclusion Versez dans le tube à essai environ 1 ml d une solution 0,1 mol/l de NaCl et ajoutez la même quantité d une solution de AgNO 3 0,1 mol/l Versez dans le tube à essai environ 1 ml d une solution 0,1 mol/l de NaCl et ajoutez la même quantité d une solution de KNO 3 0,1 mol/l Comment expliquer ces résultats? Aidez vous de l annexe 1.

5 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 5 MANIPULATION 2 : TEST T DE DIFFÉRENTES COMBINAISONS DE SOLUTIONS Vous allez maintenant mélanger différentes solutions afin d observer si elles entrainent ou non la formation d un précipité. 1. Matériel et réactifs Cupules Matériel 2. Mode opératoire Réactifs solution de Pb(NO 3 ) 2 (0,1 mol/l) solution d AgNO 3 (0,1 mol/l) solution de Na 2 S (0,1 mol/l ) solution de CuSO 4 (0,1 mol/l) solution de BaCl 2 (0,1 mol/l) solution de KI (0,1 mol/l) solution de K 2 C 2 O 4 (0,1 mol/l) Choisissez deux réactifs afin de les faire réagir ensemble. Dans une cupule, déposez trois gouttes de chaque réactif. Attention, lors de l ajout du second réactif, la pointe de la pipette ne doit absolument pas toucher le premier réactif versé. Observez s il y a formation ou non d un précipité, et notez le résultat dans votre tableau ( = pas de précipité, composé soluble ; = précipité et mentionner la couleur de celui-ci). Si vous ne voyez pas bien, glissez du papier (blanc ou noir) en dessous de votre cupule. Faites cette expérience en croisant d autres réactifs. 3. Résultats Notez le résultat dans le tableau de la page suivante ( = pas de précipité, composé soluble ; = précipité et mentionnez la couleur de celui-ci). Comparez vos résultats expérimentaux avec ceux du tableau qualitatif de la solubilité dans l eau de divers composés chimiques.

6 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 6 Réactifs AgNO 3 K 2 C 2 O 4 Na 2 S KI CuSO 4 BaCl 2 Pb(NO 3 ) 2 AgNO 3 K 2 C 2 O 4 Na 2 S KI CuSO 4 BaCl 2 Pb(NO 3 ) 2 4. Prolongement possible Dans le cas où le mélange d une solution avec celle de sulfate de cuivre entraine la formation d un précipité, indiquez la formule de celui-ci dans le tableau ci-dessous. Réactifs AgNO 3 K 2 C 2 O 4 Na 2 S KI CuSO 4 BaCl 2 Pb(NO 3 ) 2 CuSO 4 Choisissez une réaction où il y a eu précipitation et écrivez l équation ionique complète, l équation ionique simplifiée et l équation moléculaire.

7 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 7 MANIPULATION 3 : MISE E EN ÉVIDENCE DE LA PRÉSENCE DE CERTAINS IONS Maintenant que vous savez ce qu est la solubilité et pourquoi le mélange de deux solutions peut, dans certains cas, entrainer la formation d un précipité, nous allons passer à l étape suivante. Afin de pouvoir comparer l eau de mer et le milieu interne de l homme, il est intéressant de vérifier si ces deux solutions contiennent les mêmes types d ions. Quel est selon vous, un des principaux ions constitutifs de l eau de mer?. Choisissez, parmi toutes les solutions mises à votre disposition celle permettant de mettre en évidence la présence de cet ion dans l eau de mer et dans le sérum physiologique. 1. Matériel et réactifs Quatre tubes à essai Matériel Un support de tubes à essai Réactifs Eau de mer diluée cinq fois Sérum physiologique dilué cinq fois Toutes les solutions de l expérience précédente sont à votre disposition (AgNO 3, Na 2 S, CuSO 4, Pb(NO 3 ) 2, K 2 C 2 O 4, KI et BaCl 2 ) Le sérum physiologique est une solution d eau salée purifiée qui se rapproche beaucoup de la constitution du milieu interne de l homme. 2. Mode opératoire Versez 1 cm³ d eau de mer diluée 5 fois dans un tube à essai. Notez l ion que vous souhaitez mettre en évidence. A l aide de l annexe 1, choisissez une des solutions mise à votre disposition afin de tester la présence de l ion en question. Versez 1 cm³ de cette solution dans le tube à essai. Observez la formation éventuelle d un précipité. Recommencez les quatre premières étapes pour le sérum physiologique dilué. 3. Résultats Solutions à tester Ion(s) mis en évidence Solution choisie pour la mise en évidence Observation (précipité) Conclusion Sérum physiologique Eau de mer

8 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 8 Les réactions de précipitation dans les titrages Nous avons maintenant tout en main pour savoir si l information donnée par Juliette à son petit frère est correcte. Nous savons ce qu est la solubilité, une réaction de précipitation et nous avons mis en évidence la présence de Cl - dans l eau de mer et dans le sérum physiologique. Il ne nous reste plus qu à déterminer et à comparer la concentration en ions chlorures de ces deux milieux. Pour cela, nous allons utiliser des réactions de titrage. 1. Principe Le titrage permet de déterminer la quantité d ions chlorure présente dans une solution. Pour cela, on fait réagir des ions chlorure avec du nitrate d argent. La concentration de la solution de nitrate d argent est connue (solution titrante). 2. Réaction de titrage Comme nous l avons vu précédemment, si on ajoute du AgNO 3 à une solution de NaCl, il se forme un précipité blanc de AgCl. Ecrivez l équation ionique et l équation moléculaire de cette réaction de précipitation. Afin de visualiser la fin de la réaction, on utilise un indicateur : la fluorescéine. Lorsque tous les ions Cl - ont précipité sous forme d AgCl, la première goutte de AgNO 3 en excès apporte des ions Ag + qui peuvent à leur tour fixer certains ions négatifs, comme ceux de la fluorescéine. Or les ions absorbés ont une autre couleur que les ions libres (ici le virage est détecté par l apparition de la couleur rose). Formule de la fluorescéine 3. Matériel et réactifs Matériel Une burette de 25 ml Une pipette jaugée Une propipette Deux erlenmeyers Réactifs Solution d AgNO 3 de concentration connue Sérum physiologique dilué cinq fois Eau de mer diluée cinq fois Fluorescéine

9 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ Mode opératoire Notez la concentration de la solution d AgNO 3 (voir tableau). Prélevez, avec précision, 5 cm³ de sérum physiologique dilué avec une pipette jaugée et sa propipette. Introduisez ce volume dans un erlenmeyer. Ajoutez 5 gouttes de fluorescéine. Versez doucement à l aide de la burette le nitrate d argent : un précipité blanc se forme qui apparaît jaune à cause de la fluorescéine. L équivalence (précipitation de la totalité des ions chlorure) est atteinte quand la coloration orangée persiste (attention précision à la goutte près). Lisez le volume à l équivalence. Rincez la pipette jaugée et recommencez l expérience mais en prélevant 5 cm³ d eau de mer diluée que vous introduisez dans l erlenmeyer. Une fois les deux titrages terminés, replacez le berlin sous la burette. 5. Résultats Concentration de la solution d AgNO 3 : Volume d AgNO 3 ajouté lors du titrage du sérum physiologique V 1 = V 2 = V 3 = V moyen = Volume d AgNO 3 ajouté lors du titrage de l eau de mer V 1 = V 2 = V 3 = V moyen =

10 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ Exploitation des résultats Nous allons calculer la concentration en NaCl dans le sérum physiologique non dilué et dans l eau de mer non diluée. N oubliez pas que les concentrations s expriment en mol/l et g/l et que les solutions sont diluées 5 fois. Sérum physiologique AgNO 3 + NaCl AgCl + NaNO 3 La solution de sérum physiologique a une concentration de. mol/l et de. g/l. Eau de mer AgNO 3 + NaCl AgCl + NaNO 3 L eau de mer a une concentration de. mol/l et de. g/l. 7. Conclusion Que pouvez-vous dire en ce qui concerne l affirmation de Juliette?

11 LES IONS DANS LA VIE COURANTE LA SOLUBILITÉ - 11 Annexe 1 : tableau qualitatif de la solubilité dans l eau (à 25 C) de quelques sels et hydroxydes Anions NH 4 + Cations Li + Na + K + Mg 2+ Ca 2+ Ba 2+ Al 3+ Cu 2+ Fe 2+ Fe 3+ Ni 2+ Zn 2+ Hg 2+ Ag + Sn 2+ Pb 2+ Acétate CH 3 COO - s s s s s s s s s s s - s s i - s - Nitrate NO 3 s s s s s s s s s s s s s s s s s Chlorure Cl - s s s s s s s s s s s s s s i s i Bromure Br - s s s s s s s s s s s s s i i s i Iodure I - s s s s s s s s s s - s s i i s i 2- Sulfate SO 4 s s s s s i i s s s s s s - s s i 2- Sulfite SO 3 s s s s i i i - - i - - i - i - i Sulfure S 2- s s s s i i - i i i i i i 2- Carbonate CO 3 s i s s i i i - - i - i i - i - i Hydroxyde OH - s s s s i i s i i i i i i i - i i 3- Phosphate PO 4 s s s s i i i i i i i i i i i - i Carbonate CrO 4 2- s s s s s s i i i i - i - i