SCIENCE ET TECHNOLOGIE DE L’ENVIRONNEMENT 4-73

LABORATOIRE 1

L’IDENTIFICATION D’IONS PAR PRÉCIPITATION

Travail présenté

A

DENIS BOUCHARD

École secondaire Armand-Corbeil

Programme d’éducation internationale

Mardi, le 18 février 2014

INTRODUCTION

Moi et ma coéquipière, Joelle, avions à identifier des ions en solution à l’aide de la

réaction par précipitation. Nous avons du faire plusieurs mélanges de solutions avec de

l’hydroxyde de sodium et du sulfate de disodium afin de former des précipités pour

ensuite trouver la nature des ions présents dans chacune de ces solutions. Nos

expérimentations se sont bien déroulées, mis à part un petit accident où nous avons

renverser de la solution FeCl3 à l’extérieur du godet. Nos résultats étaient satisfaisants

et plausibles. Dans ce rapport de laboratoire on pourra retrouver un cadre théorique qui

apporte quelques connaissances reliées au sujet du laboratoire, c’est-à-dire les

précipités ainsi que les ions, la liste du matériel que nous avons utilisé, notre protocole,

donc les étapes auxquelles nous avons procédées pour arriver à nos résultats, nos

résultats, une analyse où j’expliquerai les résultats obtenus, des questions bilan qui

complètent le rapport de laboratoire et finalement, une conclusion pour terminer le tout

en beauté.

DÉLIMITATION DU PROBLÈME

BUT DU LABORATOIRE

Déterminer la nature des ions en solution par une réaction de précipitation et déterminer

les ions présents dans une solution inconnue.

FORMULATION DU PROBLÈME

Comment déterminer la nature des ions en solution et comment déterminer les ions

présents dans une solution inconnue.

INDENTIFICATION DES SOURCES D’ERREURS

Les résultats de notre laboratoire peuvent différer de ceux attendus, cela s’explique

grâce aux sources d’erreurs que nous avons pu rencontrer lors de nos

expérimentations.

1. Le nettoyage des tiges de verres, qui servent à agiter les solutions, était

important afin de ne pas transmettre un échantillon d’une substance dans une

autre. Si nous l’avions oublié, même une simple fois, les résultats auraient pu être

faussés.

2. En brassant une des solutions, nous en avons renversé un peu à côté sur la

plaque à godet, il y a de minimes chances que de petites particules de cette

solution soit allées dans une autre.

HYPOTHÈSE

Dans ce laboratoire, je devrai déterminer la nature des ions en solution par une réaction

de précipitation. En effet, en mélangeant une solution basique d’hydroxyde de sodium et

une solution acide de sulfate de disodium à des solutions contenants des ions de

différentes natures, un précipité se formera et ira se déposer au fond des godets. Je

pourrai donc l’identifier par la suite.

CADRE THÉORIQUE

Les ions

C’est un atome ou un groupe d’atomes qui porte une charge électrique à la suite de la

perte ou du gain d’un ou de plusieurs électrons.

Ions positifs Ions négatifs

Ils sont appelés cations. Ils sont appelés anions.

Ce sont les atomes qui ont perdu un ou

plusieurs électrons (le nombre d’électrons

est inférieur au nombre de protons).

Ce sont les atomes qui ont gagné un ou

plusieurs électrons (le nombre d’électrons

est supérieur au nombre de protons).

Le bilan des charges est positif Le bilan des charges est négatif

Voici les ions positifs et négatifs :

Les liaisons ioniques

Une liaison ionique est le résultat du transfert d’un ou de plusieurs électrons d’un atome

(généralement un métal) à un autre atome (généralement un non-métal).

Les réactions de précipitation

C’est la formation d’une substance solide, peu ou pas soluble, qu’on appelle

« précipité » lors du mélange de deux solutions.

Utilisation de la réaction de précipitation

On peut avoir recours à la réaction par précipitation pour détecter la présence d’une

espèce en solution puisque ce type de réaction forme un précipité que l’on peut

identifier par la suite. Aussi, on peut l’utiliser afin de séparer une espèce présente dans

un mélange. On s’intéresse aussi à un certain type de précipitation en métallurgie.

La couleur des précipités

Chaque précipité possède une couleur spécifique dépendamment des ions contenus

dans sa solution de départ. Par exemple, la solution basique d’hydroxyde de sodium

(NaOH) permet la mise en évidence des ions Cu2+ en donnant un précipité bleu, des

ions Fe2+ en donnant un précipité vert et des ions Fe3+ en donnant un précipité orange.

LISTE DU MATÉRIEL

Une bouteille compte-gouttes d’une solution contenant des ions Ca2+

Une plaque à godets

Une bouteille compte-gouttes d’hydroxyde de sodium (NaOH) à 1 mol/L

Une bouteille compte-gouttes de sulfate de disodium (Na2So4) à 1 mol/L

Une tige de verre

Un flacon laveur d’eau distillée

Une bouteille compte-gouttes d’une solution contenant des ions Cu2+ à 0,5 mol/L

Une bouteille compte-gouttes d’une solution contenant des ions Fe2+ à 0,5 mol/L

Une bouteille compte-gouttes d’une solution contenant des ions Fe3+ à 0,5 mol/L

Une bouteille compte-gouttes d’une solution contenant des ions Mg2+ à 0,5 mol/L

Une bouteille compte-gouttes d’une solution inconnue

Un bécher de 250 ml

PROTOCOLE

1. Déposer cinq gouttes de la solution contenant des ions Ca2+ dans deux des creux

de la plaque à godets.

2. Dans le premier creux, ajouter cinq gouttes de la solution d’hydroxyde de sodium.

3. Dans le deuxième creux, ajouter cinq gouttes de la solution de sulfate de

disodium.

4. Mélanger les solutions avec la tige de verre. Bien rincer la tige de verre après

chaque utilisation.

5. Observer la formation d’un précipité. En noter la couleur, s’il y a lieu.

6. Recommencer les manipulations 1 à 5 avec les solutions contenant des ions

Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mg2+ et avec la solution inconnue.

7. Verser le contenu de la plaque dans le bécher.

8. Nettoyer et ranger le matériel.

TABLEAU DES RÉSULTATS

Tableau 1   : Précipités formés suite aux mélanges

Solution Couleur du précipité en présence d’hydroxyde de sodium (NaOH)

Couleur du précipité en présence de sulfate de disodium (Na2SO4)

CaCl2 Blanc / transparent Petits grains blancs

FeCl3 Orange / Brun Aucun

CuCl2 Bleu Aucun

MgCl2 Blanc Aucun

Pb(NO3)2 Blanc opaque Blanc opaque

Inconnu Blanc opaque Blanc opaque

ANALYSE DES RÉSULTATS

Suite à nos expérimentations, on peut observer que lorsque la solution de CaCl2 entre

en contact avec le NaOH, cela forme un précipité blanc diaphane et lorsque cette même

solution entre en contact avec le Na2SO4, cela forme des petits grains blancs, donc un

précipité aussi. La nature des ions présents dans cette solution est donc Ca2+. Lorsque

la solution FeCl3, elle, entre en contact avec le NaOH il se forme un précipité orange,

cependant lorsqu’elle entre en contact avec le Na2SO4 aucun précipité ne se forme, on

en conclu donc que la nature des ions de cette solution est Fe3+. Le même phénomène

se produit avec les solutions CuCl2 et MgCl2. La solution CuCl2 en présence du NaOH

forme un précipité bleu, donc la nature de ses ions est Cu2+ et la solution MgCl2, un

précipité blanc, donc la nature des ions présent dans cette solution est Mg2+. La solution

Pb(NO3)2 a formé un précipité blanc opaque au contact du NaOH et du Na2SO4.

Ensuite, en comparant les précipités résultant des mélanges avec les précipité obtenus

de la solution inconnue, on peut en conclure que cette solution est le Pb(NO3)2.

Effectivement, cette solution a formé un précipité blanc opaque au contact de la solution

basique et celle acide tout comme l’a fait le Pb(NO3)2.

QUESTIONS BILAN

1. Balancer les équations et identifier les précipités.

a) CaCl2(aq) + 2 NaOH(aq) Ca(OH)2(s) + 2 NaCl(aq)

Ca+2 Cl-1 Na+1 OH-1 Ca(OH)2(s) Na+1 Cl-1

Le précipité est le Ca(OH)2(s).

b) CaCl2(aq) + Na2SO4(aq) CaSO4(s) + 2 NaCl(aq)

Ca+2 Cl-1 Na+1 SO4-2 CaSO4(s) Na+1 Cl-1

Le précipité est le CaSO4(s).

c) FeCl3(aq) + 3 NaOH(aq) Fe(OH)3 (s) + 3 NaCl(aq)

Fe+3 Cl-1 Na+1 OH-1 Fe(OH)3(s) Na+1 Cl-1

Le précipité est le Fe(OH)3(s).

d) 2 FeCl3(aq) + 3 Na2SO4(aq) Fe2(SO4)3(aq) + 6 NaCl(aq)

Fe+3 Cl-1 Na+1 SO4-2 Fe+3 SO4

-2 Na+1 Cl-1

Il n’y a pas de précipité.

e) CuCl2(aq) + 2 NaOH(aq) Cu(OH)2(s) + 2 NaCl(aq)

Cu+2 Cl-1 Na+1 OH-1 Cu(OH)2 (s) Na+1 Cl-1

Le précipité est le Cu(OH)2(s).

f) CuCl2(aq) + Na2SO4(aq) CuSO4(aq) + 2 NaCl(aq)

Cu+2 Cl-1 Na+1 SO4-2 Cu+2 SO4

+3 Na+1 Cl-1

Il n’y a pas de précipité.

g) MgCl2(aq) + 2 NaOH(aq) Mg(OH)2 (s) + 2 NaCl(aq)

Mg+2 Cl-1 Na+1 OH-1 Mg(OH)2(s) Na+1 Cl-1

Le précipité est le Mg(OH)2(s)

h) MgCl2(aq) + Na2SO4(aq) MgSO4(aq) + 2 NaCl(aq)

Mg+2 Cl-1 Na+1 SO4-2 Mg+2 SO4

-2 Na+1 Cl-1

Il n’y a pas de précipité.

i) Pb(NO3)(aq) + NaOH(aq) Pb(OH)2(s) + NaNO3(aq)

Pb+2 NO3-1 Na+1 OH-1 Pb(OH)2 (s) Na+1 NO3

-1

Le précipité est le Pb(OH)2(s)

2. Dans la solution inconnue, la nature des ions positifs (Pb+2) est les métaux, en

effet, les métaux sont des donneurs d’électrons et les ions positifs de la solution

inconnue sont du plomb.

3. Il n’est pas toujours possible de déterminer la présence d’un ion par précipitation,

lorsque le précipité est de la même couleur avec deux ions différents, on ne peut

pas l’identifier avec précision.

4. Mes observations m’ont permis de mieux comprendre comment déterminer la

présence d’un ion par une réaction de précipitation,

5. On pourrait améliorer le protocole de ce laboratoire en ajoutant des substances à

observer par exemple. Avoir plus de résultats pourrait appuyer davantage nos

affirmations.

CONCLUSION

Pour terminer, c’est à l’aide de la réaction par précipitation que nous avons pu observer

les précipités formés suite au contact de certaines substances avec de l’hydroxyde de

sodium et du sulfate de disodium. Nous avons ensuite pu identifier les ions présents

dans la solution inconnue en comparant les précipités obtenus. Puisqu’il n’y avait pas

énormément de sources d’erreur possibles, nos résultats étaient, selon moi, justes et

plausibles. Nos expérimentations se sont bien déroulées, nous avons bien suivi le

protocole et utilisé le matériel nécessaire. Nous avons mis quelques gouttes d’une

solution de trop, mais je ne crois pas que nos résultats aient été affectés par ce léger

détail. Ce laboratoire aurait pu être amélioré par exemple en ajoutant des solutions à

tester et à observer ou bien en utilisant de plus gros grains.

BIBLIOGRAPHIE

-Apprenons à identifier les ions,

http://phys-chimie.voila.net/troisieme/ions_ident/ions_ident.htm, consulté le 15 février

2014

-Les ions en solution aqueuse, http://e.m.c.2.free.fr/ions.htm, consulté le 15 février 2014

-Académie en ligne,

http://www.academie-en-ligne.fr/Ressources/4/SP31/AL4SP31TEWB0111-Sequence-

05.pdf, consulté le 15 février 2014

-Web science, http://perso.fundp.ac.be/~clefebvr/chimie/fichesderevision/revision5/

precipitation.htm, consulté le 15 février 2014

-Wikipédia, http://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A9cipit%C3%A9, consulté le 15 février

2014

-Document chapitre 2 par D. Renaud et D. Bouchard

-Document chapitre 4 par D. Renaud et D. Bouchard