TP1 Analyse d’une eau minéraleAnalyse d’une eau minérale

ObjectifObjectif de la séance :de la séance :

- Mettre en œuvre un protocole expérimental permettant d’identifier des ions en solution.

VocabulaireVocabulaire (Rappels) (Rappels)

a) Comment appelle-t-on une substance constituée d’une seule espèce chimique ? Citez un exemple.b) Comment appelle-t-on une substance constituée de plusieurs espèces chimique ? Citez un exemple.c) Qu’est-ce qu’une solution ? Citez un exemple.

M R MISE EN PLACE DE LA P OBLÉ ATIQUE

L’Institut français de nutrition recommande de varier les eaux de consommation, le choix de l’eau devant être adapté aux besoins du moment :

- Chez la femme enceinte dont les besoins calciques sont accrus, une eau riche en ions calcium peut être recommandée ;

- Pour l’eau des biberons des bébés, il vaut mieux choisir une eau faiblement minéralisée, dont la teneur en ions nitrate est inférieure à 10 mg.L-1 ;

- Certaines personnes doivent veiller à la teneur en sel dans leur alimentation et choisir une eau peu riche en ions sodium ;

- Pour renforcer les tissus osseux (ou dentaires), qui peuvent être atteints par l’ostéoporose, il est recommandé de boire une eau riche en magnésium, calcium et cuivre (oligoélément).

Comment choisir une eau en fonction de ses besoinsComment choisir une eau en fonction de ses besoins ??Afin de répondre à cette question, il va falloir élaborer et mettre en œuvre une technique permettant de déterminer, parmi les eaux minérales proposées, laquelle (lesquelles) sera(ont) la(les) mieux adaptée(s) pour les situations décrites dans le document ci-dessus.

R R ’ RECHE CHE D UN P OTOCOLE

Votre travail consiste doc à mettre en œuvre un protocole afin de déterminer quelle(s) eau(x) sera(ont) la(les) mieux adaptée(s) pour les 4 situations présentées ci-dessus. Ceci vous permettra alors de répondre à la question posée.

Matériel à votre disposition :

6 Tubes à essai sur portoir 4 eaux minérales Flacons contenant des solutionsde réactifs (solutions ioniques)

FICHE D’AIDEFICHE D’AIDEÀ la rédaction d’un compte rendu d’une DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE

Dans ce compte rendu vous devez utiliser correctement les connecteurs logiques (donc, car, si, alors…) et le vocabulaire scientifique (ion, solution, réactif,…).

Présentation : 0,5 ptOrthographe, respectdes consignes, cadre…

Nom, Prénom Classe

Titre du TP

1) J’inscris l’objectif de l’activité (1 pt)

Reformuler la question à laquelle je dois répondre, en intégrant le contexte.

2) Je formule des hypothèses et/ou je propose un protocole possible (3 pts)

Je formule des hypothèses argumentées « je pense que… », « à mon avis… »

J’explique l’(ou les) expérience(s) que je veux réaliser et qui va (vont) me permettre de valider ou non mes hypothèses (éventuellement à l’aide de schémas soignés, légendés et annotés)

3) Je réalise l’(les) expérience(s), je note mes observations et je joins mes résultats de mesure (sous forme de tableaux, de graphe, …) (1,5 pt)

« J’observe que….. »

4) J’utilise les résultats des observations ou des mesures pour répondre à la question posée (2 pts)

« D’après mes observations, je peux déduire que…. »« En comparant la donnée fournie et l’observation, je peux déduire que … »

5) Éventuellement, je recommence les étapes 2,3 et 4 avec les nouvelles informations que je viens de trouver.

Si les résultats expérimentaux / mesures ne valident pas mon hypothèse alors je recommence les étapes 2,3 et 4.

6) Je rédige une conclusion. (2 pts)

La phrase de conclusion doit donner la réponse à la question posée

AnnexeAnnexe

Protocole expérimental : (voir dessin ci-contre)

Verser environ 2 mL ( 2 cm de liquide dans le tube) de la solution à tester dans un tube à essai ; Verser lentement 4 gouttes de réactif dans la solution à tester ; Observer le contenu du tube à essai pendant l’addition du réactif.

Repérez en particulier :

- si la solution change de couleur tout en restant transparente ;- si la solution se trouble et devient opaque à la lumière (formation d’un solide : précipité).

Résultats de quelques tests :

Ion à caractériser(couleur) Ion réactif Produit réactif Observation

ion sulfate SO42

(incolore) ion baryum Ba2+ Chlorure de baryum Précipité BLANC

ion chlorure Cℓ

(incolore) ion argent Ag+ Nitrate d'argent

ion calcium Ca2+

(incolore) ion oxalate C2O42- Oxalate d'ammonium

ion cuivre II Cu2+

(bleu) ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium

ion fer II Fe2+

(vert) ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium

ion fer III Fe3+

(orange) ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium

Ion magnésium Mg2+

(incolore) ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium

Ion carbonate CO32–

(incolore) Ion hydrogène H+ Acide chlorhydrique

Formules chimiques des ions présents dans quelques solutions :

- sulfate de cuivre (Cu2+, SO42–) : ions cuivre Cu2+ et ions sulfate SO4

2–

- sulfate de fer II (Fe2+, SO42–) : ions fer II Fe2+ et ions sulfate SO4

2–

- chlorure de fer III (Fe3+, 3Cℓ–) : ions fer III Fe3+ et ions chlorure Cℓ–

- chlorure de sodium (Na+, Cℓ–) : ions sodium Na+ et ions chlorure Cℓ–

- sulfate de magnésium (Mg2+, SO42–) : ions magnésium Mg2+ et ions sulfate SO4

2–

- chlorure de calcium (Ca2+, 2Cℓ–) : ions calcium Ca2+ et ions chlorure Cℓ–

Formules chimiques des ions présents dans quelques produits réactifs :

- chlorure de baryum (Ba2+, 2Cℓ–) : ions baryum Ba2+ et ions chlorure Cℓ–

- oxalate d'ammonium (2NH4+, C2O4

2–) : ions ammonium NH4+ et ions oxalate C2O4

2–

- nitrate d’argent (Ag+, NO3–) : ions argent Ag+ et ions nitrate NO3

–

- hydroxyde de sodium (Na+, OH–) : ions sodium Na+ et ions hydroxyde HO–

- thiocyanate de potassium (K+, SCN–) : ions potassium K+ et ions thiocyanate SCN–

TEST DES IONS AVEC UN RÉACTIF

CORRECTIONCORRECTIONEau minérale A : Badoit ; eau minérale B : St Yorre ; eau minérale C : Contrex ; eau minérale D : Hépar

Ion à caractériser Ion réactif Produit réactif Observation

ion sulfate SO42 ion baryum Ba2+ Chlorure de baryum Précipité BLANC de sulfate de baryum

ion chlorure Cℓ ion argent Ag+ Nitrate d'argent Précipité BLANC de chlorure d'argentqui noircit à la lumière

ion calcium Ca2+ ion oxalate Oxalate d'ammonium Précipité BLANC d'oxalate de calcium

ion cuivre II Cu2+ ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium Précipité BLEU d'hydroxyde de cuivre

ion fer II Fe2+ ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium Précipité VERT d'hydroxyde de fer II

ion fer III Fe3+ ion thiocynanate SCN– Thiocyanate de potassium Complexe ROUGE SANG de thiocyanofer (III)

ion fer III Fe3+ ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium Précipité ROUGE BRIQUE (ROUILLE) d'hydroxyde de fer III

Ion magnésium Mg2+ ion hydroxyde HO Hydroxyde de sodium Précipité BLANC d'hydroxyde de magnésium

Ion carbonate CO32–

(incolore) Ion hydrogène H+ Acide chlorhydriqueDégagement gazeux dioxyde de carbone

(CO2)

Remarques :

- Ion magnésium (Mg2+) : en présence d’oxalate d’ammonium apparition d’un précipité blanc (oxalate de calcium ou de magnésium) ; ce test met en évidence la présence du calcium ou du magnésium. Pour mettre en évidence seulement le magnésium on réalise le test : en présence de jaune de thiazole (jaune Titan) et de la même quantité d’hydroxyde de sodium apparition d’une coloration rouge à la partie supérieure du tube.

- ion nitrate (NO3−) : Il existe plusieurs tests pour caractériser les ions nitrate.

o on le met en présence de copeaux de cuivre et d’acide sulfurique, on chauffe au bec bunsen, il apparaît alors des vapeurs rousses.

o Placer, dans deux tubes à essais, un morceau de tournure de cuivre et verser dans l’un 2 mL d’acide sulfurique et dans l’autre 2 mL d’acide nitrique. Avec l’acide sulfurique, il ne se passe rien. Avec l’acide nitrique, on observe le dégagement de monoxyde d’azote qui devient instantanément du dioxyde d’azote, gaz roux et toxique, au contact de l’air.

- Les ions potassium (K+) donnent en présence de picrate de sodium un précipité jaune parfois difficile à observer.

La plus riche en ions chlorure Cℓ– : l’eau Saint Yorre dégazée. La plus riche en ions calcium Ca2+ : l’eau HEPAR. La plus pauvre en ions magnésium Mg2+ : l’eau HEPAR. La plus riche en ions sulfate : l’eau HEPAR.

Caractéristiques des eaux (les données sont en mg/L) :

Résidu à sec à 180°C Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Cl- NO3- SO4

2- HCO3- F- pH

Contrex 2125 486 84 9,1 3,2 10 1187 403 /Hépar 2580 555 110 14 4 11 2,9 1479 403 0,4 /Badoit 1200 190 85 150 10 40 6 38 1300 40 6Vichy

St-Yorre 90 11 1703 132 322 0 / 4368 9

FICHE TPFICHE TPType d’activité : Activité expérimentale (TP 1,5 h)

Conditions de mise en œuvre : manipulation en binômes.

Pré- requis :

Savoir ce qu'est une solution, un réactif, un produit ; Savoir ce qu'est un ion, un cation, un anion ; Savoir "passer" du nom d'une solution à sa composition ionique, et inversement.

NOTIONS ET CONTENUS COMPETENCES ATTENDUES

Éléments chimiques. Mettre en œuvre un protocole pour identifier des ions.

Compétence spécifique :

Compétences transversales :

- Rechercher, extraire, organiser des informations utiles ;- Raisonner, argumenter, démontrer ;- Mobiliser ses connaissances ;- Suivre un protocole.

Matériel (par groupe) :

- Portoir avec 6 tubes à essaiDes flacons compte-gouttes contenant :

- Solution de nitrate d’argent (C = 1.10-2 mol.L-1) ;- Solution de sulfate de sodium (C = 10-1 mol.L-1) ;- Solution de chlorure de sodium ;- Solution de nitrate de baryum ;- Solution de sulfate de potassium ;- Solution d’oxalate d’ammonium ;- Solution de chlorure d’ammonium ;- Solution d’hydroxyde de calcium ;- Solution de chlorure de calcium ;- Solution d’hydroxyde de sodium ;- Lunettes de protection ;- Gants et lunettes (?).

Bureau professeur :

- Différentes eaux minérales en bouteille.

Autres compétences :

Déroulement de la séance :

La plus riche en ions chlorure Cℓ– : par exemple dans l’eau TAILLEFINE ou Saint Yorre dégazéeLa plus riche en ions calcium Ca2+ : par exemple dans l’eau HEPARLa plus pauvre en ions nitrate NO3

- : par exemple dans l’eau SAINT AMAND

Il est rappelé à cette occasion quelques consignes de sécurité :

- Port de la blouse en coton obligatoire en chimie. (Avec manches longues) - S’attacher les cheveux. Ne pas porter de vêtements flottants (écharpe…). - Si nécessaire, se munir de lunettes de protection, gants … - Le port de lentilles de contact est déconseillé au laboratoire. - Les tables et les allées doivent être dégagées. - Manipuler toujours debout. - Lire les conseils d’utilisation des produits. - Toujours nettoyer le plan de travail et la verrerie utilisée. - Limiter les déplacements dans la salle au strict nécessaire. - Ranger soigneusement tous les appareils et produits dès leur utilisation terminée.

- Toujours se laver soigneusement les mains avant de quitter le laboratoire. - En cas d’incident, surtout ne jamais chercher à le dissimuler mais prévenir immédiatement le

professeur.

Déroulement Durée

Rappel des règles de sécurité :- Port de la blouse et des lunettes et des gants si nécessaire- Prendre connaissance des pictogrammes de sécurité sur les flacons- Attacher les cheveux longs- Ranger les sacs contre le mur- Manipuler debout- Toujours nettoyer le plan de travail et la verrerie utilisée. - En cas d’incident, surtout ne jamais chercher à le dissimuler mais prévenir

immédiatement le professeur.Présentation des bacs de récupération

5 min

1) Lecture de la problématique en commun 5 min2) Détail des attentes en ce qui concerne la réponse à la problématique et l’ordre des

étapes à réaliser :- Répondre à la première question- Réaliser les tests de la fiche coup de pouce- Elaborer un protocole expérimental pour répondre à la problématique- Mettre en œuvre le protocole

5 min

3) Réponse à la première question : les élèves doivent repérer dans la liste fournie les solutions contenant les ions à identifier et compléter la deuxième colonne du tableau. 10 min

4) Réalisation des tests de reconnaissance 30 min5) Elaboration du protocole 15 min6) Mise en œuvre du protocole 15 min7) Lecture de la fiche de rédaction du compte-rendu 5 min

Ion à caractériser(aspect initial) Réactif

Solution possible(4 gouttes suffisent) Observation

Ion chlorure : Cl-

(incolore)Ion argent Ag+ Nitrate d'argent Ag+

,NO Précipité BLANC de chlorure d'argent : AgCl qui noircit à la lumière.

Ion sulfate : SO2-;4(incolore)

Ion baryum Ba2+ Chlorure de baryum Ba2+,2Cl– Précipité BLANC de sulfate de baryum: BaSO4

Ion argent Ag+ Nitrate d'argent Ag+,NO Précipité BLANC de sulfate d’argent : Ag2SO4

Ion nitrate : NO3-

(incolore)Cuivre en milieu acide Cu

Copeau de cuivre, et quelques gouttes d’acide sulfurique concentré

Cu , H2SO4 En présence d’air, dégagement roux de dioxyde d’azote roux : NO2

ion potassium : K+

(incolore) Ion picrate / Picrate de sodium / Aiguilles jaunes

Ion ammonium : NH4+

(incolore) Ion hydroxyde HO- Hydroxyde de sodium Na+, OH– Dégagement gazeux d’ammoniac (NH3), qui colore en bleu un papier pH humidifié.

Ion calcium : Ca2+

(incolore) Ion oxalate C2OOxalate d'ammonium C2O , 2NH Précipité BLANC d'oxalate de calcium : CaC2O4

Ion cuivre II : Cu2+

(bleu)Ion hydroxyde : OH–

Hydroxyde de sodium Na+, OH– Précipité BLEU d'hydroxyde de cuivre : Cu(HO)2

Hydroxyde d'ammonium (en excès) NH ,OH– Couleur bleue outremer : eau céleste

Ion fer III : Fe3+

(rouille)Ion thiocynanate SCN- Thiocyanate de potassium K+

,SCN– Complexe rouge sang de thiocyanofer(III): [Fe(SCN)]2+

Ion aluminium : Al3+ (incolore)

Ion hydroxyde OH– Hydroxyde de sodium Na+,OH– Précipité BLANC d'hydroxyde d'aluminium : Al(HO)3 qui se dissout dans un

excès de soude.Ion zinc : Zn2+

(incolore) Ion hydroxyde OH– Hydroxyde de sodium Na+,OH– Précipité BLANC d'hydroxyde de zinc Zn(HO)2 qui se dissout dans un excès

de soudeIon plomb : Pb2+

(incolore)Ion sulfure S2– Sulfure de sodium 2Na+

,S2– Précipité NOIR de sulfure de plomb : PbS

TESTS TESTS DE DE RECONRECONNAISSANAISSANCE DENCE DE QUELQQUELQUES UES IONSIONS