Mots clés 6.1 binaire Reconnaître les s et les bases oxy base Tu as étudié les composés chimiques et diverses réactions chimiques entre ces composés (chapitres 4 et 5). Tu étudieras maintenant deux types particuliers de composés (les s et les bases) et leurs réactions chimiques. Certaines de ces réactions chimiques sont des réactions de déplacement double entre des s et des bases. Beaucoup de substances courantes sont des s ou des bases. As-tu déjà mordu dans un pamplemousse ou un citron (figure 6.1)? As-tu aussitôt réagi? Tu as peut-être plissé les lèvres ou rentré les joues. Tes yeux se sont peut-être remplis d eau. Ces réactions sont causées par des aliments s. Le mot vient du latin acidus, qui veut dire «aigre». L citrique donne ce goût aigre que tu connais bien. On utilise les s depuis des milliers d années. Le vinaigre est une solution. Il y en a dans beaucoup de produits ménagers. On a découvert le vinaigre il y a plusieurs siècles, en faisant fermenter du jus de fruits pour faire du vin. On utilise des bases pour fabriquer du savon depuis très longtemps. On fabriquait du savon à Babylone, il y a presque 5 000 ans, avec les produits chimiques de la cendre de bois. Beaucoup de produits nettoyants modernes sont des bases. Le bicarbonate de soude et la quinine du soda tonique sont des aliments basiques. Ils ont un goût amer. Certains aliments contiennent des s ou des bases. Certaines bases et certains s sont très corrosifs et mortels. Il faut donc savoir les reconnaître et aussi savoir comment ils réagissent ensemble. Figure 6.1 Le goût des citrons provient d un naturel appelé l citrique. Chapitre 6 Les s et les bases 219
Le nom des oxys Les oxys contiennent de l hydrogène et des ions polyatomiques. Le tableau 6.2 présente certains oxys courants. Pour écrire le nom classique d un oxy : 1. commence par le mot ; 2. écris la racine de l anion, sans le suffixe ate ou ite ; 3. si l anion se termine par ate, remplace-le par ique ; 4. si l anion se termine par ite, remplace-le par eux. oxy Un composé d hydrogène, d oxygène et d un autre élément. Les noms des s qui contiennent du soufre utilisent la racine sulfur-. Ceux qui contiennent du phosphore utilisent la racine phosphor-. Tableau 6.2 Les noms d s qui contiennent des ions polyatomiques Formule chimique en solution H 2 SO 4 (aq) H 2 SO 3 (aq) Nom classique Nom de l UICPA Utilisations sulfurique sulfureux sulfate sulfite HNO 3 (aq) nitrique nitrate dans la plupart des batteries de voiture composante des pluies s désinfectant et blanchissant fabrication d explosifs et d engrais Outils d apprentissage Parties de mots Observe le nom des s dans le tableau 6.2. Détermine les parties de mots de chacun. Elles indiquent les ions qui composent ces s. Tu pourras facilement reconnaître un si tu sais trouver les parties des mots. H 3 PO 4 (aq) phosphorique phosphate fabrication d engrais, de savons et de détergents HClO 3 (aq) chlorique chlorate fabrication d explosifs et d allumettes H 2 CO 3 (aq) chlorique carbonate naturellement présent dans l eau dans les boissons gazéifiées Vérifie tes connaissances 1. Nomme trois propriétés des s. 2. Donne deux utilisations courantes des s, selon les tableaux 6.1 et 6.2. 3. Écris le nom des s suivants. a. HCl(aq) c. H 2 SO 4 (aq) b. HF(aq) d. H 3 PO 4 (aq) 4. Nomme deux produits que tu utilises ou que tu manges qui contiennent des s. Chapitre 6 Les s et les bases 223
Révision de la section 6.1 Résumé de la section Les s sont des composés qui ont un goût aigre. Quand on les dissout dans l eau, ils produisent des ions hydrogène, H + (aq). Les s binaires contiennent de l hydrogène et un non-métal. Leur nom est formé par le mot, suivi de la racine du non-métal avec le suffixe hydrique. Les oxys contiennent de l hydrogène et des ions polyatomiques. Leur nom est formé par le mot, suivi de la racine de l anion. Le suffixe ate devient ique, et le suffixe ite devient eux. Les bases sont des composés qui ont un goût amer. Beaucoup de bases sont des composés ioniques. Quand on les dissout dans l eau, elles se dissocient en ions métalliques et en ions hydroxyde, OH - (aq). Les bases sont des composés ioniques. Leurs noms et leurs formules chimiques suivent les règles pour les composés ioniques. Questions de révision CC 1. Quels ions se forment quand un est dissous dans l eau? C 2. Montre dans un tableau la relation entre le suffixe du nom des s et le suffixe du nom des ions. Donne un exemple pour chacun. MA 3. Pourquoi ce pamplemousse a-t-il un goût? Justifie ta réponse. CC 4. Nomme deux propriétés des bases. CC 5. Écris le nom de ces composés. a. Ca(OH) 2 (aq) c. HF(aq) b. H 3 PO 3 (aq) d. KOH(s) CC 6. Écris la formule chimique de ces composés. a. phosphorique c. hydroxyde de magnésium b. bromhydrique d. hydroxyde d aluminium HP 7. Complète ces équations chimiques. Indique les ions en solution et si le composé est un ou une base. a. HClO 3 (aq) b. KOH(aq) HP 8. Classe ces solutions aqueuses : HCl, NaOH, H 2 SO 4, Ca(OH) 2, LiOH et HClO 3. Comment les regrouperais-tu? Quels sont tes critères? 228 Module 2 Les réactions chimiques
Mots clés échelle de ph 6.2 indicateur de ph L échelle de ph et les indicateurs En mai 2001, lors d un festival de danse à Dauphin, au Manitoba, 49 personnes sont tombées malades en une semaine. On pense qu elles ont attrapé une maladie à la piscine de l hôtel. Tu as étudié les agents de chloration au chapitre 5. Ils tuent les microorganismes dans les piscines, ce qui évite les maladies. On ajoute souvent de l hypochlorite de sodium, NaClO(s), dans les piscines. Cela forme de l hypochloreux, HClO(aq), dans l eau. Si l eau contient trop d, cela peut irriter tes yeux. L réagit aussi avec le béton des murs de la piscine et le mortier entre les carreaux. Il faut donc trouver le bon équilibre. On mesure régulièrement le ph de l eau (figure 6.7). L acidité de l eau est ainsi toujours correcte. Le ph d une solution indique à quel point elle est ou basique. Les s produisent des ions hydrogène quand on les dissout dans l eau. C est aussi le cas de l hypochloreux qui forme des ions selon l équation chimique HClO(aq) H+(aq) + ClO (aq) Figure 6.7 On peut mesurer le ph de l eau de la piscine avec cette trousse. Le ph idéal (entre 7,2 et 7,6) permet d avoir une piscine propre. Cette trousse permet aussi de vérifier la concentration de chlore dans l eau lors de l entretien des piscines. Chapitre 6 Les s et les bases 229
Les pluies s L eau de pluie est naturellement. Son ph normal est d environ 5,6. Le dioxyde de carbone de l air se dissout dans l eau de pluie, il réagit avec elle pour former de l carbonique. CO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) Il y a aussi d autres réactions de synthèse avec d autres oxydes non métalliques qui produisent d autres s. Le ph de l eau de pluie diminue donc encore. Les causes des pluies s Dans un moteur de voiture, la température est très élevée. L azote et l oxygène réagissent et forment plusieurs oxydes d azote (NO x ). Tu l as étudié au chapitre 5. Ces oxydes peuvent réagir avec l eau et former des s. Par exemple, le dioxyde d azote réagit avec l eau et produit de l nitrique. NO 2 (g) + H 2 O(l) HNO 3 (aq) Les convertisseurs catalytiques diminuent la quantité d oxydes d azote relâchés dans l atmosphère. Ils ne les suppriment pas. Les transports sont la principale source d émissions de NO x au Canada, qui sont restées relativement constantes depuis 1985. Les oxydes de soufre, SO x, contribuent beaucoup aux pluies s. Certains procédés industriels produisent ces oxydes. Par exemple, les fonderies de Sudbury utilisaient du minerai qui contenait du soufre. Le soufre forme du dioxyde de soufre pendant l extraction du métal. Certains combustibles fossiles, comme le charbon et le gaz naturel, contiennent du soufre. Leur combustion produit donc du dioxyde de soufre. S 8 (s) + 8O 2 (g) 8SO 2 (g) Le dioxyde de soufre réagit avec l oxygène pour former du trioxyde de soufre, qui réagit ensuite avec l eau pour former de l sulfurique. 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) SO 3 (g) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (aq) Plus de 95 % des émissions de dioxyde de soufre au Canada proviennent de procédés industriels et de centrales électriques (figure 6.18). Le Canada a créé la Stratégie pancanadienne sur les émissions acidifiantes et le Programme de lutte contre les pluies s dans l est du Canada. Il a réduit ses émissions de dioxyde de soufre de près de 50 %. De par le Les Smoking Hills sont situées à l ouest de l Arctique du Canada, à environ 1 km au sud de la mer de Beaufort. Ces falaises sont au bord de la mer. Elles contiennent des schistes riches en carbone et de la pyrite riche en soufre. Ces substances brûlent depuis des siècles. Le ph des lacs de la région est supérieur à 8,0 à cause du calcaire. La fumée des falaises cause des pluies s. Le ph de certains lacs est inférieur à 2,0 à cause de ces pluies. Émissions de SO x au Canada en 2000 Procédés industriels 68% Centrales électriques 27% Transports 4% Combustion commerciale et résidentielle 2% Autres 0,1% Figure 6.18 Les possibilités de réduction des émissions de SO x au Canada sont dans les usines et les centrales électriques. Chapitre 6 Les s et les bases 239
Une nouvelle vie pour les lacs acidifiés Une autre méthode pour lutter contre les pluies s consiste à en traiter les effets. Par exemple, la figure 6.22 montre un hélicoptère qui traite un lac. Cette technique est appelée le chaulage. On donne au lac un comprimé géant d anti broyé. On met dans le lac du carbonate de calcium, l ingrédient actif de beaucoup d antis. Le carbonate de calcium réagit avec l et le ph de l eau augmente. Les conséquences du chaulage sur les lacs Pourquoi ne traite-t-on pas tous les lacs acidifiés par chaulage? Il faudrait beaucoup de temps et d argent pour traiter tous les lacs, puisqu un seul chaulage ne suffit généralement pas. Comme les pluies s continuent, le lac reçoit toujours de l eau et son ph diminue à nouveau. Il faut un deuxième chaulage. Le chaulage cause aussi d autres problèmes. Lorsqu on met du carbonate de calcium dans un lac, on augmente la concentration du calcium. Certaines espèces de sphaignes et d insectes sont sensibles aux concentrations de calcium. Il vaut mieux réduire les pluies s avec des convertisseurs catalytiques, des laveurs et des nouvelles technologies. chaulage Le traitement des régions et des lacs acidifiés en répandant des produits à base de calcaire. Activité suggérée 6-B Investigation sur un sujet d actualité Le ph des lacs près de Sudbury (page 248) Figure 6.22 On ajoute du calcaire pour traiter un lac acidifié. Son ph augmente. Si le lac reçoit toujours de l, il faut le traiter régulièrement. Son ph reste ainsi plus élevé. Vérifie tes connaissances 5. Quel est le ph normal de l eau de pluie? 6. D après la figure 6.18, quel pourcentage des émissions de SO x provient des procédés industriels? 7. Certains gaz causent les pluies s. Montre avec un schéma d où ces gaz proviennent. Indique les technologies utilisées pour réduire ces émissions. 8. Quelles sont les ressemblances entre le chaulage d un lac et la prise d un médicament? Chapitre 6 Les s et les bases 243
Résumé du chapitre 6 6.1 Reconnaître les s et les bases Ce que tu as appris Les s sont des composés qui ont un goût aigre. Quand on les dissout dans l eau, ils produisent des ions hydrogène, H + (aq). Les s binaires contiennent de l hydrogène et un non-métal. Leur nom est formé par le mot, suivi de la racine du non-métal avec le suffixe hydrique. Les oxys contiennent de l hydrogène et des ions polyatomiques. Leur nom est formé par le mot, suivi de la racine de l anion. Le suffixe ate devient ique, et le suffixe ite devient eux. Les bases sont des composés qui ont un goût amer. Beaucoup de bases sont des composés ioniques. Quand on les dissout dans l eau, elles se dissocient en ions métalliques et en ions hydroxyde, OH - (aq). Les bases sont des composés ioniques. Leurs noms et leurs formules chimiques suivent les règles pour les composés ioniques. 6.2 L échelle de ph et les indicateurs Ce que tu as appris L étendue de l échelle de ph va de 0 à 14. Le ph indique si une est, basique ou neutre. Les solutions s ont un ph inférieur à 7. Les solutions basiques ont un ph supérieur à 7. Les solutions neutres ont un ph de 7. Quand le ph diminue de 1, la concentration des ions hydrogène est multipliée par 10. On peut mesurer le ph d une solution avec un ph-mètre électronique. On peut aussi estimer le ph d une solution avec des indicateurs. Un indicateur de ph est un produit chimique. Sa couleur dépend du ph. Il indique à quel point une solution est ou basique. On en met quelques gouttes dans la solution étudiée. L indicateur universel de ph et le papier ph contiennent plusieurs indicateurs. On peut estimer le ph d une solution avec eux. 6.3 Les réactions des s et des bases Ce que tu as appris Une réaction de neutralisation est une réaction entre un et une base qui produit de l eau et un sel. Les oxydes non métalliques, comme les oxydes de soufre et d azote, sont la cause des pluies s. Ces oxydes réagissent avec l eau de l atmosphère et forment des s. On enlève les oxydes de soufre des gaz d échappement avec un laveur. Les pluies s sont néfastes, particulièrement pour les rivières et les lacs. On traite un lac en ajoutant du calcaire dans l eau. Cela neutralise l et augmente le ph. On extrait des métaux du minerai avec des s. Ce procédé peut aussi contaminer une région. Les s peuvent aussi lixivier les métaux toxiques dans les sols contaminés. L extraction et la décontamination utilisent les mêmes propriétés. Chapitre 6 Les s et les bases 251
Révision du chapitre 6 Ton résumé À l aide d un organisateur graphique, résume ce que tu as appris dans ce chapitre. Le résumé du chapitre de la page précédente t aidera à déterminer les idées importantes. Consulte la section Outils d apprentissage 4, aux pages 565 et 566, afin de choisir un type d organisateur graphique. Révision des mots clés Associe chaque mot clé à sa définition. a. e. neutralisation b. indicateur de ph f. oxy c. échelle de ph g. binaire d. base 1. Un composé qui contient un ion hydroxyde, OH. (6.1) 2. Une échelle numérique qui va de 0 à 14 et qui permet de déterminer si une solution est, basique ou neutre. (6.2) 3. Une substance qui produit des ions hydrogène, H + (aq), quand on la dissout dans l eau. (6.1) 4. Un composé d hydrogène et d un non-métal. (6.1) 5. Une réaction entre un et une base qui produit un sel et de l eau. (6.3) 6. Une substance dont la couleur dépend de la concentration des ions hydrogène (H + ) et des ions hydroxyde (OH ) dans une solution. (6.2) 7. Un composé d hydrogène, d oxygène et d un autre élément. (6.1) Connaissance et compréhension CC 8. Indique si ces composés sont un ou une base. Écris ensuite le nom de chacun. a. HCl(aq) c. H 3 PO 4 (aq) b. Mg(OH) 2 (aq) d. LiOH(aq) 9. Écris la formule chimique de chacun de ces s. a. nitrique b. bromhydrique c. sulfureux 10. Comment l acidité d une solution change-t-elle lorsque son ph augmente? 11. Qu est-ce que tous les indicateurs ont en commun? 12. Quelle est la différence entre l indicateur universel et le papier tournesol? 13. Pourquoi l eau d une piscine doit-elle toujours avoir un bon ph? 14. Quel effet auraient ces actions sur les pluies s dans une région? Justifie ta réponse. a. enlever les convertisseurs catalytiques des voitures b. enlever le soufre du charbon avant de le brûler 15. Tu veux savoir si un produit chimique inconnu est un ou une base. Pourquoi ne devrais-tu pas le goûter? 16. Écris l équation chimique équilibrée de chaque réaction de neutralisation. a. bromhydrique + hydroxyde de calcium b. hydroxyde de lithium + sulfureux c. hydroxyde de magnésium + phosphorique Habiletés de la pensée HP 17. On appelle souvent les oxydes non métalliques les anhydrides. Cherche ce mot dans un dictionnaire ou d autres sources de référence et explique ce qu il signifie. Pourquoi décrit-il bien ces composés? 18. On a obtenu les données de ce tableau au cours d une expérience. Estime le ph de cette solution. Indicateur de ph Couleur Méthylorange Bleu de bromothymol Phénolphtaléine jaune jaune incolore 252 Module 2 Les réactions chimiques
19. On a réalisé ces observations au cours d une expérience sur les s et les bases. Détermine si ces solutions sont s, basiques ou neutres selon les observations dans ce tableau. Solution Papier tournesol rouge Papier tournesol bleu A reste rouge reste bleu B devient bleu reste bleu C reste rouge devient rouge D devient bleu reste bleu 20. Cette photographie montre la mesure du ph d une solution avec un ph-mètre. a. Quel est le type de cette solution? Comment le sais-tu? b. Comment les papiers tournesols rouge et bleu réagiraient-ils dans cette solution? c. Faut-il ajouter du HCl(aq) ou du KOH(aq) pour neutraliser cette solution? Explique. 24. On peut prédire comment les produits chimiques réagissent ensemble. Montre avec un schéma comment les s et les bases réagissent habituellement. Définis ce type de réaction. 25. Certaines réactions chimiques ont un effet négatif sur l environnement, alors que certaines peuvent régler des problèmes environnementaux. La lixiviation peut être utile et nocive. Explique pourquoi. Explique son importance et ses effets sur la technologie, la société et l environnement. Mise en application MA 26. Lesquels de ces produits feront passer le papier tournesol bleu au rouge? Justifie tes réponses. 21. Une solution ne change pas la couleur du papier tournesol bleu. Peut-on dire que cette solution est basique? Pourquoi? Quel autre résultat est nécessaire pour conclure qu elle est basique? 22. Quels types d oxydes réagissent avec l eau et forment des s? Donne deux exemples pour illustrer ta réponse. Communication C 23. Tu connais le nom d un et tu veux écrire sa formule. Tu connais la formule d un et tu veux écrire son nom. Explique, à l aide d un organisateur graphique, comment répondre à ces deux questions. 27. On utilise l sulfurique pour fabriquer beaucoup de produits différents. On l utilise aussi dans des procédés. Cherche dans Internet ou à la bibliothèque afin de trouver au moins dix de ces produits ou de ces procédés. Présente tes découvertes avec un organisateur graphique. 28. On fabrique du fromage (ph 5,5) et du yogourt (ph 4,5) à partir du lait (ph 6,5). a. Lequel de ces aliments est le plus? b. L aliment le plus est combien de fois plus que le moins? 29. Effectue une recherche sur les actions du gouvernement de l Ontario pour protéger et sauver les Grands Lacs. Comment peux-tu y contribuer? Chapitre 6 Les s et les bases 253
Projets du module 2 Enquête L «exploitation minière» du cuivre en laboratoire Le Canada est l un des premiers producteurs de cuivre au monde. Le cuivre est un bon conducteur d électricité et de chaleur. On l utilise souvent pour faire des fils. On extrait le minerai et on le traite pour obtenir du cuivre métallique. On en fabrique ensuite des fils et d autres produits. Pour ce projet, tu devras extraire le maximum de cuivre métallique d un composé de cuivre. Tu utiliseras tes connaissances des réactions chimiques. Question Comment peux-tu obtenir du cuivre métallique à partir du carbonate de cuivre(ii)? Planification 1. Tu as appris différents concepts et développé des habiletés avec les expériences de ce module. Résume les plus importants avec des mots et des illustrations dans un organisateur graphique. Compare ton résumé avec celui d autres élèves. Quelles sont les ressemblances entre vos résumés? Quels renseignements devrais-tu ajouter à ton résumé pour le compléter? 2. Comment peux-tu extraire du cuivre métallique du carbonate de cuivre(ii)? Formule une hypothèse de suites de réactions chimiques. Donne une équation nominative de chaque réaction et explique chaque réaction en une phrase. 3. Conçois une marche à suivre pour extraire le cuivre du carbonate de cuivre(ii). Indique le matériel et les quantités de produits nécessaires. 4. Avant de commencer, fais approuver ta marche à suivre par ton enseignante ou ton enseignant. Expérimentation, recherche et résolution de problèmes 5. Note tes données sous une forme appropriée. Note d abord la masse initiale de carbonate de cuivre(ii). 6. Réalise ton expérience. Surveille les variables importantes. Si c est nécessaire, modifie ou complète ta marche à suivre. Tu dois respecter les consignes de sécurité et utiliser le matériel et les produits avec précision et efficacité. 7. Mesure la masse de cuivre métallique extrait. Analyse et interprétation 1. Quelle est la masse de cuivre dans le carbonate de cuivre(ii), c est-à-dire la masse de cuivre que tu pourrais en théorie extraire? Suppose que la masse de cuivre est environ égale à la moitié de la masse de carbonate de cuivre(ii). 2. Les résultats de ton expérience sont-ils en accord avec ton hypothèse? Écris une conclusion selon tes résultats. 3. Souligne les sources possibles d erreur dans ta marche à suivre. Propose des améliorations. Communication 4. Expose les étapes de ta marche à suivre sur une affiche. Il doit y avoir l équation nominative et l équation chimique équilibrée de chaque étape. Ajoute aussi tous les calculs mathématiques. Indique les types de réactions chimiques réalisées. Critères d évaluation Lorsque ton projet est terminé, vérifie que tu as bien couvert toutes ces questions. As-tu : mis en évidence les habiletés développées et les concepts importants nouvellement appris? HP formulé une hypothèse juste? HP surveillé les variables importantes, respecté les consignes de sécurité, utilisé le matériel et les produits avec précision et efficacité? HP déterminé la masse théorique de cuivre qui peut être extraite du carbonate de cuivre(ii)? souligné des sources d erreur et proposé des améliorations? C exposé tes renseignements d une manière claire, logique et compréhensible pour ton audience et adapté ta présentation à tes objectifs? 256 Module 2 Les réactions chimiques CC HP C utilisé le vocabulaire scientifique approprié?