Identification des ions et des gaz
Au laboratoire, deux tubes contiennent une solution transparente. L'un contient du chlorure de cuivre(II), l'autre du chlorure de zinc. Impossible de les distinguer sans les goûter, et on ne goûte jamais au laboratoire ! Comment savoir ce qu'il y a dedans ? Les chimistes utilisent des tests caractéristiques : on ajoute un réactif et on observe. Dans cette page, tu vas apprendre à lire ces observations.
Principe d'un test caractéristique
Une solution aqueuse d'un composé ionique contient des ions : des cations (charge +) et des anions (charge −). Par exemple, le sulfate de cuivre(II) dissous donne des ions cuivre(II) $\text{Cu}^{2+}$ et des ions sulfate. Le chlorure de sodium (sel de cuisine) donne $\text{Na}^+$ et $\text{Cl}^-$.
Un test caractéristique est une réaction qui produit un résultat visible (précipité coloré, trouble, détonation…) uniquement avec une espèce chimique donnée. Un précipité est un solide qui se forme dans la solution.
| Ion | Formule | Réactif | Observation |
|---|---|---|---|
| Cuivre(II) | $\text{Cu}^{2+}$ | soude (hydroxyde de sodium) | précipité bleu |
| Fer(II) | $\text{Fe}^{2+}$ | soude | précipité vert |
| Fer(III) | $\text{Fe}^{3+}$ | soude | précipité orange rouille |
| Zinc | $\text{Zn}^{2+}$ | soude | précipité blanc |
| Chlorure | $\text{Cl}^{-}$ | nitrate d'argent | précipité blanc qui noircit à la lumière |
Identifier les ions métalliques avec la soude
La soude contient des ions hydroxyde $\text{OH}^-$. Ils réagissent avec les ions métalliques pour former un hydroxyde métallique solide, dont la couleur dépend du métal. C'est pourquoi la couleur du précipité renseigne sur l'ion.
Le précipité vert de $\text{Fe}^{2+}$, laissé à l'air, devient orangé : le dioxygène de l'air transforme les ions fer(II) en ions fer(III). C'est la même évolution que celle de la rouille.
Au laboratoire du collège, Léa verse quelques gouttes de solution d'hydroxyde de sodium (soude) dans un tube à essais contenant une solution de sulfate de cuivre(II). Il…
Au laboratoire du collège, Léa verse quelques gouttes de solution d'hydroxyde de sodium (soude) dans un tube à essais contenant une solution de sulfate de cuivre(II). Il se forme un précipité bleu.
- a) Quel ion est mis en évidence par ce test ?
- b) Donner la formule de cet ion.
Trois solutions inconnues A, B et C sont testées avec de la soude. Résultats : un précipité vert se forme avec la solution A. Avec la solution B, on obtient un précipité…
Trois solutions inconnues A, B et C sont testées avec de la soude. Résultats : un précipité vert se forme avec la solution A. Avec la solution B, on obtient un précipité orange (couleur rouille). Avec la solution C, un précipité blanc.
- a) Associer chaque solution à l'ion qu'elle contient parmi $\text{Fe}^{2+}$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{Zn}^{2+}$.
- b) Expliquer pourquoi le test à la soude ne suffit pas à distinguer l'ion zinc d'autres ions donnant un précipité blanc.
Identifier l'ion chlorure
Le test de l'ion chlorure $\text{Cl}^-$ se fait avec une solution de nitrate d'argent. S'il y a des ions chlorure, il se forme un précipité blanc de chlorure d'argent qui noircit à la lumière.
Ce test marche aussi pour l'eau salée, l'eau du robinet ou une eau minérale : tous ces liquides peuvent contenir des ions chlorure.
Pour qu'une conclusion soit complète, on écrit toujours : observation → ion identifié → formule.
Un élève ajoute quelques gouttes de nitrate d'argent à une solution d'eau salée. Un précipité blanc qui noircit à la lumière apparaît. a) Quel ion est identifié ? b)…
Un élève ajoute quelques gouttes de nitrate d'argent à une solution d'eau salée. Un précipité blanc qui noircit à la lumière apparaît.
- a) Quel ion est identifié ?
- b) Écrire sa formule.
Une eau minérale est étudiée. On en prélève deux échantillons : avec le nitrate d'argent, le premier donne un précipité blanc ; avec la soude, le second ne donne aucun…
Une eau minérale est étudiée. On en prélève deux échantillons : avec le nitrate d'argent, le premier donne un précipité blanc ; avec la soude, le second ne donne aucun précipité.
- a) Quel ion peut-on affirmer présent ? Justifier.
- b) Peut-on affirmer que l'eau ne contient aucun ion métallique ? Justifier.
- c) Proposer un test supplémentaire pour vérifier l'absence de $\text{Cu}^{2+}$.
Identifier deux gaz
On identifie aussi des gaz, en les testant à la sortie du tube.
| Gaz | Formule | Test | Observation |
|---|---|---|---|
| Dihydrogène | $\text{H}_2$ | flamme (allumette enflammée) | petite détonation (« pop ») |
| Dioxyde de carbone | $\text{CO}_2$ | eau de chaux | l'eau de chaux se trouble (blanchit) |
Le dihydrogène se forme par exemple quand un métal (zinc, fer) réagit avec l'acide chlorhydrique. Le dioxyde de carbone se forme quand on chauffe du calcaire, quand on utilise un comprimé effervescent, ou lors d'une combustion (moteur de voiture, bougie, chaudière).
Lors d'une expérience, un gaz est produit et on approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube : on entend une petite détonation (« pop »). a) Quel gaz est mis…
Lors d'une expérience, un gaz est produit et on approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube : on entend une petite détonation (« pop »).
- a) Quel gaz est mis en évidence ?
- b) Donner sa formule chimique.
On chauffe du calcaire dans un tube et on fait barboter le gaz dégagé dans de l'eau de chaux, qui se trouble. a) Quel gaz est mis en évidence ? b) Donner sa formule. c)…
On chauffe du calcaire dans un tube et on fait barboter le gaz dégagé dans de l'eau de chaux, qui se trouble.
- a) Quel gaz est mis en évidence ?
- b) Donner sa formule.
- c) Citer une autre situation de la vie courante où ce gaz est produit.
Mener une enquête : combiner les tests
Au brevet, il faut souvent enchaîner plusieurs tests et justifier chaque conclusion. Voici la méthode.
Pour distinguer trois flacons (par exemple chlorure de cuivre(II), de fer(III) et de zinc), on ajoute de la soude : bleu → $\text{Cu}^{2+}$, orange rouille → $\text{Fe}^{3+}$, blanc → $\text{Zn}^{2+}$. Avec le nitrate d'argent, les trois donnent un précipité blanc qui noircit, car ce sont tous des chlorures : ce test identifie $\text{Cl}^-$, pas le métal. On commence donc par la soude (qui distingue les trois) ; le nitrate d'argent ne sert qu'à confirmer la présence des ions chlorure.
On fait réagir de l'acide chlorhydrique sur de la poudre de zinc dans un tube à essais. Il se dégage un gaz. On approche une allumette enflammée : on entend une…
On fait réagir de l'acide chlorhydrique sur de la poudre de zinc dans un tube à essais. Il se dégage un gaz. On approche une allumette enflammée : on entend une détonation.
- a) Identifier le gaz formé.
- b) Après réaction, on ajoute de la soude dans la solution restante : un précipité blanc se forme. Quel ion est présent ?
- c) Écrire le bilan de la transformation en mots.
Un clou en fer est plongé dans de l'acide chlorhydrique. Des bulles apparaissent et la solution devient peu à peu verdâtre. On prélève une partie de la solution et on…
Un clou en fer est plongé dans de l'acide chlorhydrique. Des bulles apparaissent et la solution devient peu à peu verdâtre. On prélève une partie de la solution et on ajoute de la soude : un précipité vert apparaît. Ensuite on laisse ce précipité à l'air : il devient orangé.
- a) Identifier le gaz dégagé et proposer un test.
- b) Quel ion est présent d'abord ? Justifier.
- c) Interpréter le changement de couleur du précipité à l'air.
- d) Écrire le bilan de la réaction en mots.
Un technicien doit identifier le contenu de trois flacons non étiquetés : chlorure de cuivre(II), chlorure de fer(III) et chlorure de zinc, tous en solution aqueuse. Il…
Un technicien doit identifier le contenu de trois flacons non étiquetés : chlorure de cuivre(II), chlorure de fer(III) et chlorure de zinc, tous en solution aqueuse. Il dispose de soude et de nitrate d'argent.
- a) Décrire un protocole permettant d'identifier chaque flacon, en indiquant les observations attendues.
- b) Quel résultat commun obtient-il avec le nitrate d'argent pour les trois flacons ? Pourquoi ?
- c) Justifier l'ordre des tests choisi.
Vers le début : pour distinguer le tube de chlorure de cuivre(II) de celui de chlorure de zinc, il suffit d'ajouter de la soude : précipité bleu pour $\text{Cu}^{2+}$, précipité blanc pour $\text{Zn}^{2+}$.
L'essentiel
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Un test caractéristique donne une observation propre à une espèce : précipité coloré, trouble, détonation.
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Soude : $\text{Cu}^{2+}$ → bleu ; $\text{Fe}^{2+}$ → vert ; $\text{Fe}^{3+}$ → orange rouille ; $\text{Zn}^{2+}$ → blanc.
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Nitrate d'argent : $\text{Cl}^-$ → précipité blanc qui noircit à la lumière.
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Dihydrogène $\text{H}_2$ : détonation à la flamme. Dioxyde de carbone $\text{CO}_2$ : trouble l'eau de chaux.
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Un test négatif prouve seulement l'absence de l'ion testé ; rédige toujours observation → ion → formule.