CARACTERISATION DE QUELQUES IONS
I) Hydratation des ions
Dans une solution aqueuse ionique, les ions se retrouvent entourés d’un cortège de molécule d’eau ; on dit que les ions sont solvatés. Ce phénomène de solvatation se produit avec un grand nombre de solvants. Les ions se trouvent entourés d’un cortège de molécules de solvant. Lorsque le solvant est l’eau, on parle plus précisément de phénomène d’hydratation.
Exemple :
L’ion complexe Cuivre (II) : [Cu(H2O)6]2+
II) Identification de cations
L’identification des ions présents dans une solution est généralement une opération complexe.
Pour identifier un ion on peut faire appel à la coloration de l’ion, à des tests à la flamme, à des réactions de précipitation et de dissolution de précipité etc.
II-1) Cations colorés en solution
Certains ions hydratés absorbent de la lumière visible. Les solutions qui les contiennent possèdent alors une coloration caractéristique. Il s’agit entre autre les ions Fe2+ (verte), Fe3+ (rouille) et Cu2+ (bleue).
Remarque :
La plupart des cations sont incolore en solution. Parmi eux on peut citer : les ions Zn2+, Al3+, Pb2+, Ag+, Ba2+ etc.
II-2) Couleur des ions au test à la flamme
Expérience :
Une tige métallique munie d’une boucle à l’extrémité est plongée à tour de rôle dans solutions contenant des ions Cu2+, Ba2+et Ca2+. A chaque fois la tige trempée est mise sous une flamme d’un bec bunsen.
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CATION
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Cuivre (Cu2+)
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Baryum (Ba2+)
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Calcium (Ca2+)
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TEST
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Observation :
Couleur de l’ion
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Vert / bleu
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Vert pâle / jaune
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Orangé / rouge
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Interprétation
Lorsqu’on fournit de l’énergie à un atome ou un ion, il passe dans un état qualifié « d’excité ». Il revient à un état d’énergie inférieure en se débarrassant de l’excès d’énergie qu’il possède.
Cette énergie excédentaire peut être évacuée dans certains cas, sous forme d’énergie lumineuse. L’atome ou l’ion émet alors une lumière qui peut servir à le caractériser.
II-3) Réaction de précipitation
II-3-1) Identification de cations : Exemple des ions Zn2+
Conclusion :
Un précipité est un composé solide qui se forme par l’association de cations et anions : il est électriquement neutre.
Remarque : L’identification des cations nécessite pour la plupart des tests complémentaires appelés tests de confirmation.
Exemple : Test complémentaire des ions Zn2+
Le précipité d’hydroxyde de zinc se redissout dans un excès de soude ou d’ammoniac. Ce qui se traduit par les équations bilan suivantes :
II-3-2) Identification d’anions : Exemple des ions
Interprétation :
L’ion précipite en présence de l’ion argent.
L’équation bilan s’écrit :
III) Récapitulatif des tests d’ions
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Espèce à identifier
(couleur en solution aqueuse)
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Réactif utilisé
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Résultat du test
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Equation de la réaction
et (nom du produit)
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Test de confir-
mation
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Ion zinc : Zn2+
(incolore)
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(Na++OH-
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Précipité blanc: Zn(OH)2
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(hydroxyde de zinc)
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Zn(OH)2 se
dissout dans la soude et
l’ammoniac
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Ion fer (II) : Fe2+(vert)
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(Na++OH-
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Précipité vert :
Fe(OH)2
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(hydroxyde de fer II)
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Ion fer (III) : Fe3+ (rouille)
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(Na++OH-
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Précipité rouille :
Fe(OH)3
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(hydroxyde de fer III)
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Ion cuivre II : Cu2+ (bleu)
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(Na++OH-
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Précipité bleu : Cu(OH)2
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(hydroxyde de cuivre II)
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Ion Plomb : Pb2+ (incolore)
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(Na++OH-
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Précipité blanc : Pb(OH)2
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(hydroxyde de plomb)
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(Précipité blanc)
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Ion aluminium : Al3+ (incolore)
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(Na++OH-
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Précipité blanc : Al(OH)3
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(Hydroxyde d’aluminium)
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Al(OH)3 ne se
dissout pas dans l’ammoniac,
mais se dissout
dans la soude.
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Ion sodium : Na+ (incolore)
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Test à la flamme
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Flamme jaune-orange
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Ion potassium : K+ (incolore)
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Test à la flamme
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Flamme violette
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Ion chlorure : Cl-
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Nitrate d’argent
(Ag++NO3-
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Précipité blanc : AgCl
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(Chlorure d’argent)
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Ions sulfates : SO42-(incolore)
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Solution de chlorure de baryum
(Ba2++2Cl-
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Précipité blanc : BaSO4
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(sulfate de baryum)
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Exercice d’application
On mélange 10 cm3 d’une solution de sulfate de sodium à 0,5 mol/L et V cm3 d’une solution de chlorure de baryum à 0,25 mol/L. Déterminer la composition du mélange successivement pour : V=10, 20, 30 cm3, en considérant que le sulfate de baryum est totalement insoluble.
Solution :
L’équation bilan simplifiée de la réaction est :
La quantité d’ions sulfate n1 que contiendrait le mélange en l’absence de réaction serait :
Celle d’ions baryum, n2, en l’absence de précipitation serait :
· Pour V=10 cm3, n1 est supérieur à n2 ; donc tout les ions baryum introduits sont éliminés de la solution par la réaction de précipitation.
La solution contient donc (n1-n2) ions SO42-, 2n1 ions sodium et 2n2 ions Cl-. Le précipité est constitué de n2 mol de sulfate de baryum.
Numériquement d’ions SO42- , Na+ et Cl- sont donc respectivement de 2,5.10-3 mol, 10.10-2 et 5.10-3 mol. Le précipité contient 2,5.10-3 mol de BaSO4.
· Pour V=20 cm3, n1 est égal à n2. Les ions baryum et les ions sulfate sont tous éliminés de la solution.
n1(SO42-)=n2(Ba2+)=0 mol ; n(Na+)=n(Cl-)=10.10-3 mol;
n(BaSO4)=5.10-3mol
· Pour V=30 cm3, n1 est inférieur à n2 ; donc tous les ions sulfates sont éliminés de la solution par réaction de précipitation. La solution contient donc (n2-n1) ions SO42-, 2n1 ions Na+ et 2n2 ions Cl-, soit :
n(SO42-)=0 mol, n(Ba2+)=2,5.10-3 mol ; n(Na+)=10.10-3 mol n(Cl-)=15.10-3 mol; n(BaSO4)=5.10-3mol.
Remarque: Notons que dans tout les cas, la neutralité électrique de la solution est bien vérifiée.
Hydrat
