Chapitre 2 : Reconnaissance des ions et pH des solutions

Préambule : Ecriture des solutions

Une solution est toujours électriquement neutre : il y a autant de charges + (portées par les ions +) que

de charges – (portées par les ions -)

Nom de la solution

aqueuse

Nom des ions +

(CATIONS)

Nom des ions –

(ANIONS)

Formule de la

solution

Formule

du soluté

dissous

sulfate de cuivre II Ion cuivre II Cu2+ Ion sulfate SO42– (Cu2+ + SO4

2–) CuSO4

chlorure de cuivre II Ion cuivre II Cu2+ Ion chlorure Cl- (Cu2+ + 2 Cl-) CuCl2

sulfate de fer II Ion fer II Fe2+ Ion sulfate SO42– (Fe2+ + SO4

2–) FeSO4

chlorure de fer III Ion fer III Fe3+ Ion chlorure Cl- (Fe3+ + 3 Cl-) FeCl3

Sulfate de fer III Ion fer III Fe3+ Ion sulfate SO42–

(2 Fe3+ +

3 SO42–)

Fe2(SO4)3

sulfate de zinc II Ion zinc Zn2+ Ion sulfate SO42– (Zn2+ + SO4

2–) ZnSO4

chlorure de sodium I Ion Sodium Na+ Ion chlorure Cl- (Na+ + Cl-) NaCl

Chlorure de zinc II Ion zinc Zn2+ Ion chlorure Cl- (Zn2+ + 2 Cl–) ZnCl2

Chlorure

d’aluminium III Ion aluminium Al3+ Ion chlorure Cl- (Al3+ + 3 Cl–) AlCl3

1/ Tests de reconnaissance de quelques ions

A/ TP : test d’identification de quelques ions

On utilise des tests chimiques pour identifier les ions : on dispose de 2 détecteurs :

Noms des ions - Formules

Ion chlorure Cl -

Ion fluorure F -

Ion hydroxyde HO -

Ion nitrate NO3 -

Ion sulfate SO4 2-

Ion permanganate MnO4 -

Ion carbonate CO3 2-

Ion hydrogénocarbonate HCO3 -

Ion hydrogénophosphate HPO4 2-

Noms des ions + Formules

Ion hydrogène H+

Ion sodium Na+

Ion barium Ba2+

Ion calcium Ca2+

Ion potassium K+

Ion zinc Zn2+

Ion argent Ag+

Ion aluminium Al3+

Ion cuivre II Cu2+

Ion Fer II Fe2+

Ion Fer III Fe3+

Solution de nitra te d’a rgent :

contient des ions Ag+ et NO3–

Solution de chlorure de sodium :

contient des ions Na+ et Cl–

Solution de chlorure de baryum :

contient des ions Ba2+ et Cl–

Solution de sulfate de zinc :

contient des ions Zn2+ et SO42–

vidéo

Précipité blanc laiteux qui noircit à la lumière

Cl– a réagit avec Ag+ pour former un

précipité de chlorure d’argent AgCl

Précipité blanc

Ba2+ a réagit avec SO42–pour former un

précipité de sulfate de baryum BaSO4

Cl - On met en évidence la présence d’ions Cl - dans une solution en ajoutant quelques gouttes nitrate

d ’a rge n t .

Tests d’identification de deux ions négatifs (Anions)

SO 4 2 - On met en évidence la présence d’ions

chlorure de baryum

SO4 2- dans une solution en ajoutant quelques gouttes

Réalisation d’un test chimique

verser environ 4 mL de solution à tester

dans un tube à essai. Puis verse 2 mL de

solution « détectrices »

Ecriture d’une solution

Une solution est électriquement neutre. Il y a autant de

charges + que de charges -. L’’écriture d’une solution se

fait sous la forme (cation (ions +) + anion(ions -))

Exemple : solution de chlorure de magnésium :

(ion magnésium Mg2+ et ion chlorure Cl-)

La solution se note : (Mg2+ + 2 Cl-)

Solu tion d’hydroxyde de sodi um

(soude) :

contient des ions Na + et HO-

Précipité bleu

Solution de sulfate de cuivre :

contient des ions Cu 2+ et SO42–

Solu tion d’hydroxyde de sodi um

(soude) :

contient des ions Na + et HO-

Solution de sulfate de fer II :

contient des ions Fe2+ et SO42–

Solu tion d’hydroxyde de sodi um

(soude) :

contient des ions Na + et HO-

Solution de chlorure de fer III :

contient des ions Fe3+ et Cl-

Solu tion d’hydroxyde de sodi um

(soude) :

contient des ions Na + et HO-

Solution de sulfate de zinc :

contient des ions Zn2+ et SO42–

Cu 2+ a réagi avec HO- pour former

un précipité d’hydroxyde de cuivre

Cu(OH)2

Précipité vert

Fe2+ a réagi avec HO- pour former un

précipité d’hydroxyde de fer II Fe(OH)2

Précipité marron

Fe3+a réagi avec HO- pour former un

précipité d’hydroxyde de fer III Fe(OH)3

Précipité blanc

Zn2+ a réagi avec HO- pour former un

précipité d’hydroxyde de zinc II

Zn(OH)2

Cu2+ On met en évidence la présence d’ions Cu2+ dans une solution en ajoutant quelques gouttes de soude.

Tests identification de d’ions positifs (Cations)

Fe2+ On met en évidence la présence d’ions Fe2+ dans une solution en ajoutant quelques gouttes de soude.

Fe3+ On met en évidence la présence d’ions Fe3+ dans une solution en ajoutant quelques gouttes de soude.

Zn2+ On met en évidence la présence d’ions Zn2+ dans une solution en ajoutant quelques gouttes de soude.

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Application : Panoramix t’appelle à l’aide !

Après avoir collé cette feuille, rédige un compte rendu rapide de tes expériences et donne la composition en ions

des flacons…

Voici les résultats obtenus avec les tests chimiques effectués avec les 2 détecteurs :

Pour préparer ma potion, je me rappelle

que j’ai besoin de ce flacon mais je ne

sais plus ce qu’il y a dedans (l’ étiquette

s’est effacée). C’est une étiquette de la liste

Aide mon druide Panoramix à retrouver la bonne étiquette

Tu lui diras quels ions sont présents dans cette solution et tu lui écriras un petit texte pour

lui expliquer comment tu as fait pour le savoir.

Flacon

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Résultats :

FLACON 1 FLACON 2

SOUDE Précipité bleu Précipité blanc

Nitrate d’argent Précipité blanc qui noircit à la lumière Précipité blanc qui noircit à la lumière

Composition des flacons :

Flacon 1 Flacon 2

Solution de chlorure de cuivre II : (Cu2+ + 2 Cl-) Solution de chlorure de zinc II : (Zn2+ + 2 Cl–)

B/ Bilan : test d’identification des ions

Nom et

formule de

l’ion

ion fer II

ou ion ferreux

Fe2+

Ion fer III

ou ion ferrique

Fe3+

Ion cuivre

II

Cu2+

Ion zinc II

Zn2+

Ion chlorure

Cl-

Ion aluminium

Al3+

Détecteur

Soude

(Na+ + HO- )

Soude

(Na+ + HO- )

Soude

(Na+ + HO-

)

Soude

(Na+ + HO- )

Nitrate d’argent

(Ag+ + NO3–)

Soude

(Na+ + HO- )

Précipité

(couleur, nom et

formule)

Vert

Hydroxyde de

fer II

Fe(OH)2

Marron

Rouille

Hydroxyde

de fer III

Fe(OH)3

Bleu

Hydroxyde

de cuivre II

Cu(OH)2

Blanc

Hydroxyde

de zinc II

Zn(OH)2

Blanc qui noircit à

la lumière

Chlorure d’argent

AgCl

Blanc

Hydroxyde

d’aluminium

Al(OH)3

Transformation

chimique

Fe2+ + 2 HO-

Fe(OH)2

Fe3+ + 3 HO-

Fe(OH)3

Cu2+ + 2

HO-

Cu(OH)2

Zn2+ + 2 HO-

Zn(OH)2 Ag+ + Cl- AgCl

Al3+ + 3 HO-

Al(OH)3

Schéma du tube

à essais

Image

de

l’exp.

2/ Solutions acides, solutions basiques, pH

A/ Définitions

Comment savoir si une solution est acide ou basique ?

En mesurant son pH

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Qu’est-ce que le pH ?

C’est le potentiel d’Hydrogène. Il est relié à la concentration en ions hydrogène H+ et en ions

hydroxyde HO- dans une solution.

C’est un nombre sans unité compris entre 0 et 14. Il permet d’évaluer l’acidité ou la basicité d’une solution.

Une solution est « acide » lorsqu’elle contient plus d’ions H+ que d’ions HO-. Son pH est

alors inférieur à 7. Plus le pH est proche de 0, plus la solution est fortement acide : elle contient

beaucoup de H+.

Exemple : Une solution de pH =2 est plus acide qu’une solution de pH = 6

Exemples de solutions acides : Vinaigre, coca-cola®, sucs gastriques, acide des piles, orangina®…

Une solution est « basique » lorsqu’elle contient moins d’ions H+ que d’ions HO-. Son pH

est alors supérieur à 7. Plus le pH est proche de 14, plus la solution est fortement basique : elle

contient beaucoup de HO-

Exemple : Une solution de pH =8 est moins basique qu’une solution de pH = 13

Exemples de solutions basiques : Eau de mer, destop®, Saint-Marc®, bicarbonate de sodium, eau de javel…

De plus en plus de H+

AUTANT de H+ que de HO-

plus de H+ que de HO- moins de H+ que de HO-

pH

0 14

ACIDE BASIQUE

7

NEUTRE

Très acide

Peu acide

Peu basique

Très basique

NEUTRE

De plus en plus de HO-

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Une solution est « neutre » lorsqu’elle contient autant d’ions H+ que d’ions HO-. Son pH est

alors égal à 7 (difficile à obtenir, on dira « proche de 7)

Exemple : La plupart des eaux minérales ont un pH proche de 7, le sang aussi (7,2)

Quelques liquides et leur pH :

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Remarque : Il faut savoir que l’échelle de pH n’est pas linéaire : Elle est dite logarithmique. Lorsque l’on

diminue d’une unité de pH (passage de 4 à 3 par exemple), la concentration d’ions H+ est multipliée par 10.

Autre échelle logarithmique : L’échelle de Richter qui mesure la magnitude des séismes : Si on passe d’un tremblement de terre de 5 à 6

sur l’échelle, l’énergie est multipliée par 30 et l’amplitude du mouvement par 10.

B/ TP mesure de pH : « Qui a tué Henri Pavlakov ? »

1/ 1ère

technique d’investigation : le Papier pH

En raison de vos connaissances en chimie, vous êtes chargés de réaliser des tests pour trouver le meurtrier. Pour cela, je vous donne un papier très spécial inventé par mon laboratoire : suite à un simple contact avec un liquide, il peut mesurer l’acidité et indiquer la valeur du pH. Mais attention, il ne peut servir qu’une seule fois et il coûte cher !

Si vous utilisez du matériel, lavez-le bien entre chaque

test à l’eau du robinet (elle a un pH=7 dans le var) et essuyez-

le bien ensuite avec un papier essuie-tout.

Il ne faut surtout pas souiller ou mélanger les liquides entre

eux si vous voulez connaître la vérité !

Bonne chance, signé « Commissaire Berthelot ».

Ce que je vais faire : Décris l’expérience que tu vas faire pour trouver l’assassin : R ( /2)

Déposer une goutte de chaque solution sur le papier pH et comparer à l’échelle de teinte proposée.

, le 2 février 2013

Un grand chercheur, le professeur Henri Pavlakov, a été assassiné hier

matin dans sa chambre, à l’hôtel Best Western de Toulon alors qu’il

était venu assister au colloque des grands scientifiques.

6 suspects présumés sont entre les mains de la gendarmerie, ils

avaient chacun une chambre dans ce même hôtel le soir du meurtre.

Ce sont tous des scientifiques qui participaient, comme la victime, à

ce colloque sur les produits pharmaceutiques de demain. Suite à une

perquisition, la police posséderait 6 échantillons liquides

correspondant aux travaux des 6 suspects. Ces indices semblent

précieux car le commissaire BERTHELOT a déclaré :

- Le maître d’Hôtel qui a trouvé le corps nous a affirmé qu’avant de

mourir, la victime a prononcé une phrase étrange, je cite : « Ah !!!

Mon meurtrier est basique mais pourtant c’est le moins basique de

tous … »

Nous attendons vos analyses, cher élève de 3ème…

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Je réalise l’expérience et je fais un schéma légendé de mon expérience F ( /2)

Ce que j’observe : Complète les valeurs de pH en dessous des tubes à essai. C ( /2)

Place, sur l’échelle de pH, les lettres correspondant aux suspects + complète les pointillés R (/2)

Ce que je conclus : Qui est le meurtrier ? Justifie Soigneusement ta réponse. R ( /3)

DLe meutrier est le professeur Sanmarcos car c’est le moins basique de tous, donc le pH est la valeur la plus

proche de 7, juste au DESSUS de 7.

2/ 2ème

technique pour confirmer : l’indicateur coloré

DEFINITION : Un indicateur coloré acido-basique est une espèce chimique qui change de

couleur en fonction du pH. On utilisera l’indicateur coloré présent dans le CHOU

ROUGE.

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Expérience : Verse, un tube à essai, la solution d’un suspect. Ajoute ensuite un peu de jus de chou rouge.

Pour trouver le pH, tu compareras à l’échelle de teintes ci-dessus. F ( /3)

Complète le tableau de résultats C ( /2)

Solution Aqualand Vinaigreau Sanmarcos Javelos Destopos Perrios

Couleur de

l’indicateur

coloré

Bleu Rouge clair Vert Vert clair-

jaune Jaune violet

pH

approximatif 7 3 9 11 14 5

Cette expérience confirme-t-elle le meurtrier ? R ( /1)

Oui, c’est confirmé. On trouve à peu près les mêmes valeurs de pH qu’avec le papier pH

Questions subsidiaires : S ( /3)

1/ Parmi les 6 solutions, quelles sont les solutions acides ? Perrios, vinaigreau

2/ Parmi les 6 solutions, laquelle est la plus acide ? C’est vinaigreau (pH le plus proche de 0)

3/ Parmi les 6 solutions, quelles sont les solutions basiques ? Destopos, Sanmarcos, Javelos.

4/ Parmi les 6 solutions, laquelle est la plus basique ? C’est Destopos (pH le plus proche de 14).

5/ Le coca-cola a un pH de 2. Est-il acide ou basique ? C’est acide

6/ La soude a un pH de 14. Est-elle acide ou basique ? C’est basique

On peut mesurer le pH avec :

Du papier pH

Un indicateur coloré acido-basique comme le jus de chou rouge, qui change de

couleur en fonction du pH. Voici d’autres indicateurs-colorés :

Un pH-mètre : appareil électronique qu’on trempe dans la solution et qui affiche la

valeur du pH.

Tony Leparoux, professeur de physique-chimie

Remarque : Lorsqu’on dilue une solution, on y ajoute beaucoup d’eau pure. Ainsi, cette solution se

rapproche de l’eau pure qui est neutre.

Donc, lorsqu’on dilue une solution, son pH se rapproche toujours de 7.

pH

0 14

ACIDE BASIQUE

7

NEUTRE

Effet de la dilution sur le pH d’une

solution acide

Effet de la dilution sur le pH d’une

solution basique