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LIVRET ÉLÈVE

Les ions dans la vie courante

Les réactions de précipitation

Illustraons : www.afd.be

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LES IONS DANS LA VIE COURANTE—LA SOLUBILITÉ - 2

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LIVRET ÉLÈVE

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 dé. 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 ex-plique que l’on peut comparer le milieu interne de l’homme et l’eau de mer en eDectuant un titrage des ions Cl-. Le titrage est du a une diDérence de solubilité entre AgCl et Ag2CrO4, et à la précipitation de ces deux composés dans des conditions diDérentes.

Tout cela semble bien compliqué !! Qu’est-ce que la solubilité ? Pourquoi parle-t-on de réactions de pré-cipitation ? Qu’est-ce qu’un titrage ? Nos deux vacanciers sont perplexes !

Je vous propose de les aider en commençant par le début…

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Notion de solubilité

Commençons par diDérentes expériences permettant de dé.nir la solubilité.

1. Matériel et réactifs

2. Mode opératoire

• 1ère expérience : prenez deux tubes à essai et versez 2 cm³ d’eau dans le premier et 2 cm³ de cyclo-hexane dans le second. Ajoutez une pointe de spatule de NaCl dans chacun des tubes à essai.

• 2ème expérience : prenez deux tubes à essai et versez 2 cm³ d’eau dans le premier et 2 cm³ de cyclo-hexane dans le second. Ajoutez une ou deux paillettes d’I2 dans chacun des tubes.

• 3ème 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 chlo-rure de calcium dans le second.

3. Résultats

Dé.nition de la solubilité : …………………………………………………………………………………….

Matériel

• 6 tubes à essai

• Un support de tubes

• Une spatule

Réactifs

• Eau déminéralisée

• Deux paillettes d’iode (I2)

• Du chlorure de calcium solide (CaCl2)

• Cyclohexane (C6H12)

• Une solution de chlorure de sodium (NaCl)

• Du carbonate de calcium solide (CaCO3)

Composés polaires ou apolaires Conclusion

1ère expérience NaCl :

H2O :

C6H12 :

2ème expérience I2 :

H2O :

C6H12 :

3ème expérience

Observation du point

de vue de la solubilité

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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 diDérence 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.


2. Mode opératoire, résultats et discussions

Comment expliquer ces résultats ? Aidez vous de l’annexe 1.

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…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

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 AgNO3 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 KNO3 0,1 mol/L

MANIPULATION 1 : MISMANIPULATION 1 : MISE ENE EN ÉVIDENCE DES RÉACTIONS DE PRÉCIPITATIONÉVIDENCE DES RÉACTIONS DE PRÉCIPITATION

Matériel

• Deux tubes à essai

• Un support de tubes

• Une spatule

Réactifs

• Solution de nitrate de potassium (KNO3)

• Solution de chlorure de sodium (NaCl)

• Solution de nitrate d’argent (AgNO3)

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Vous allez maintenant mélanger diDérentes solutions a.n d’observer si elles entrainent ou non la forma-tion d’un précipité.


2. Mode opératoire

• Choisissez deux réactifs a.n 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 ; ● = pré-cipité 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.

MANIPULATION 2 : TESMANIPULATION 2 : TEST DE DIFFÉRENTES COMBINAISONS DE SOLUTIONST DE DIFFÉRENTES COMBINAISONS DE SOLUTIONS

Matériel

• Cupules

Réactifs

• solution de Pb(NO3)2 (0,1 mol/L)

• solution d’AgNO3 (0,1 mol/L)

• solution de Na2S (0,1 mol/L )

• solution de CuSO4 (0,1 mol/L)

• solution de BaCl2 (0,1 mol/L)

• solution de KI (0,1 mol/L)

• solution de K2C2O4 (0,1 mol/L)

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Réactifs AgNO3 K2C2O4 Na2S KI CuSO4 BaCl2 Pb(NO3)2

AgNO3

K2C2O4

Na2S

KI

CuSO4

BaCl2

Pb(NO3)2

4. Prolongement possible

Dans le cas où le mélange d’une solution avec celle de sulfate de cuivre entraine la formation d’un préci-pité, indiquez la formule de celui-ci dans le tableau ci-dessous.

Choisissez une réaction où il y a eu précipitation et écrivez l’équation ionique complète, l’équation io-nique simpli.ée et l’équation moléculaire.

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Réactifs AgNO3 K2C2O4 Na2S KI CuSO4 BaCl2 Pb(NO3)2

CuSO4

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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.

A.n de pouvoir comparer l’eau de mer et le milieu interne de l’homme, il est intéressant de véri.er si ces deux solutions contiennent les mêmes types d’ions. Quel est selon vous, un des principaux ions consti-tutifs 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.


Le sérum physiologique est une solution d’eau salée puri.ée qui se rapproche beaucoup de la constitu-tion 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 a.n 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

MANIPULATION 3 : MISMANIPULATION 3 : MISE ENE EN ÉVIDENCE DE LA PRÉSENCE DE CERTAINS IONSÉVIDENCE DE LA PRÉSENCE DE CERTAINS IONS

Matériel

• Quatre tubes à essai

• 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 (AgNO3, Na2S, CuSO4, Pb(NO3)2, K2C2O4, KI et BaCl2)

Solutions à

tester Ion(s) mis en

évidence Solution choisie pour

la mise en évidence Observation

(précipité) Conclusion

Sérum phy-

siologique

Eau de mer

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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 évi-dence 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 mi-lieux. 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 AgNO3 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.

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

A.n de visualiser la .n de la réaction, on utilise un indicateur : la Wuorescéine. Lorsque tous les ions Cl-

ont précipité sous forme d’AgCl, la première goutte de AgNO3 en excès apporte des ions Ag+ qui peu-vent à leur tour .xer certains ions négatifs, comme ceux de la Wuorescéine. Or les ions absorbés ont une autre couleur que les ions libres (ici le virage est détecté par l’apparition de la couleur rose).


Matériel

• Une burette de 25 mL

• Une pipette jaugée

• Une propipette

• Deux erlenmeyers

Réactifs

• Solution d’AgNO3 de concentration connue

• Sérum physiologique dilué cinq fois

• Eau de mer diluée cinq fois

• Fluorescéine

Formule de la Wuorescéine

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4. Mode opératoire

• Notez la concentration de la solution d’AgNO3 (voir tableau).

• Prélevez, avec précision, 5 cm³ de sérum physiologique dilué avec une pipette jaugée et sa propi-pette. Introduisez ce volume dans un erlenmeyer.

• Ajoutez 5 gouttes de Wuorescéine.

• Versez doucement à l’aide de la burette le nitrate d’argent : un précipité blanc se forme qui apparaît jaune à cause de la Wuorescéine.

• 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’AgNO3 : ……………………………………………………………

• Volume d’AgNO3 ajouté lors du titrage du sérum physiologique

⇒ V1 = ………

⇒ V2 = ………

⇒ V3 = ………

⇒ Vmoyen = ………

• Volume d’AgNO3 ajouté lors du titrage de l’eau de mer

⇒ V1 = ………

⇒ V2 = ………

⇒ V3 = ………

⇒ Vmoyen = ………

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6. 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

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

La solution de sérum physiologique a une concentration de ………. mol/l et de …………. g/l .

• Eau de mer

AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3

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’aZrmation de Juliette ?

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Annexe 1 : tableau qualitatif de la solubilité

dans l’eau (à 25°C) de quelques sels et hy-droxydes

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