Première S- Activité expérimentale

CH 10 SOLUTIONS ELECTROLYTIQUES

NOTIONS ET CONTENUS

- Solutions électrolytiques ou ioniques.

- Obtention d'une solution électrolytique par dissolution de solides ioniques, de liquides ou de gaz dans l'eau.

COMPETENCES ATTENDUES

- Tests chimiques de reconnaissance des ions en solution.

- Ecrire un protocole pour obtenir une solution de concentration donnée. - En déduire les concentrations de chaque ion. - Ecrire l'équation de la réaction dissolution dans l'eau d'une espèce conduisant à une solution électrolytique.

I- MISE EN SOLUTION DE SOLIDES IONIQUES

Document 1 : Solides ioniques

   Un solide ionique est un solide qui est constitué de cations et d’anions disposés de façon ordonnée dans un cristal. La formule du solide ionique indique les proportions des cations et d’anions de sorte à respecter la neutralité électrique. Lorsque l’on dissout le solide ionique dans l’eau, les ions qui le constituent sont dispersés dans la solution. On dit que les ions sont 

solvatés.

Lors de la dissolution, il y a conservation de la matière et des charges électriques.

Exemple : chlorure de sodium NaCl (s) Equation de dissolution du chlorure de sodium dans l’eau: NaCl (s)



Na + (aq) + Cl - (aq).

Document 2 : Protocole d’une dissolution

Le chlorure de sodium solide

Situation problème :

On veut réaliser une solution aqueuse de sulfate d'aluminium de

concentration en soluté apporté

c = 1,0.10

-1 mol.L

-1 .

On dispose de

sulfate d'aluminium solide

, de formule Al 2 (SO 4 ) 3 ,18 H 2 O . (Le sulfate d'aluminium est octadécahydraté. Il y a donc déjà 18 molécules d'eau dont il faudra tenir compte). Matériel mis à disposition : fiole jaugée de 50mL, coupelle de pesée, spatule et balance.

Comment préparer cette solution et quelles sont les concentrations des ions obtenus en solution ?

1) Ecrire le protocole nécessaire pour obtenir 50 mL de cette solution. Après validation du professeur, réaliser le protocole.

Données : masses molaires M en g.mol

-1 ; Al: 27,0 ; S: 32,1 ; O: 16,0 ; H : 1,0.

2) 3) 4) Ecrire l'équation de la réaction de dissolution du sulfate d’aluminium. En vous aidant de l’annexe 1, réaliser les tests de reconnaissance des ions qui sont apparus en solution. A partir de l’équation de dissolution, trouver des relations entre les quantités de matière des différentes chimiques : n(A1 2 (SO 4 ) 3 ), n(A1 3+ ) et n (SO 4 2 ).

espèces Page 1

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5) 6) En déduire des relations entre la Calculer ces concentrations.

concentration en soluté apporté c solutions

notées

[Al 3+ ]

et

[SO 4 2 ].

et les

concentrations molaires des ions en

II- MISE EN SOLUTION DE LIQUIDES

Document 3 : Précaution d’utilisation de la solution commerciale d’acide sulfurique Situation problème :

On veut diluer 20 fois une solution commerciale d'acide sulfurique H 2 SO 4 de concentration en soluté apporté c = 18 mol.L

-1 .

Comment procéder ?

Matériel mis à disposition : dispensette , fioles jaugées de 50 et 100mL, thermomètre. 1) En vous aidant du document 3 et du matériel mis à disposition, proposer un protocole de dilution de la solution 2) 3) 4) 5) commerciale en insistant sur les précautions de la manipulation. Après validation du protocole, réaliser la dilution en ayant pris soin de mesurer la température de la solution avant et après la dilution. Que constate-t-on ? L’acide sulfurique H 2 SO 4 n’existe pas en solution car cette molécule se dissocie totalement dans l’eau en ions H 3 O + et SO 4 2 . Ecrire l’équation de cette dissociation.

En vous aidant de l’annexe 1, réaliser les tests de reconnaissance des ions qui sont apparus en solution.

Trouver les relations entre les quantités de matière des différentes espèces chimiques :n( H 2 SO 4 ) , n(H 3 O + )et n( SO 4 2 ). 6) En déduire des relations entre la concentration c de l'acide sulfurique et les concentrations molaires des ions présents en solution notées

[H 3 0 + ] et [S0 4 2- ].

III- MISE EN SOLUTION DE GAZ

Document 4 : Expérience du jet d’eau

Protocole de dissolution chlorure d'hydrogène HCl (g) dans l'eau

(réalisé par le professeur)

: • Remplir un flacon de chlorure d'hydrogène gazeux HCl

(travail sous hotte obligatoire).

• Fermer le avec un bouchon traversé par un tube de verre effilé maintenu fermé. • Retourner ce flacon sur un cristallisoir rempli d'eau. • Ouvrir l'extrémité du tube de verre. • Observer. 1) 2) 3) Faire un schéma annoté de l'expérience. Noter vos observations. Comment peut-on expliquer le phénomène du jet d'eau ? Proposer les tests de reconnaissance des ions formés en solution. En déduire l'équation de la réaction de la dissolution du gaz dans l’eau.

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ANNEXE : TESTS DE RECONNAISSANCE DE QUELQUES IONS

Ion recherché Réactif Résultat du test

ion hydroxyde HO Ion sulfate SO

- -

Ion nitrate NO

4 3 2- -

B.B.T.

ou hélianthine Solution aqueuse de nitrate d'argent (Ag + + NO 3 ) Solution aqueuse de chlorure de baryum ( Ba 2+ + 2 Cl ) ou solution aqueuse de nitrate de baryum (Ba 2+ + 2 NO 3 ). Cuivre + quelques gouttes d'acide sulfurique concentré L'indicateur coloré vire au bleu L'indicateur coloré vire au jaune. Précipité blanc de chlorure d'argent AgCl Précipité blanc de sulfate de baryum BaSO (s) qui noircit à la lumière 4(s) Dégagement d'un gaz incolore NO qui au contact de l'air donne un gaz roux NO 2 et coloration bleue de la solution (présence des ions Cu 2+ )

Ion oxonium H

3

O

+

B.B.T.

ou hélianthine

Ion potassium K

+

Solution de picrate de sodium ou Solution d'acide perchlorique

Ion calcium Ca

2+

Solution aqueuse de carbonate de sodium (2Na + + CO 3 2 )

ou D'oxalate d'ammonium

Ion cuivre Cu

2+

Solution d'hydroxyde de sodium (soude) (Na + + OH ) Solution d'ammoniac L'indicateur coloré vire au jaune. L'indicateur coloré vire au rouge. Précipité jaune de picrate de potassium Précipité blanc de perchlorate de potassium

Précipité blanc de carbonate de calcium CaCO

3(s) Précipité blanc d'oxalate de calcium

Précipité bleu d'hydroxyde de cuivre Cu(OH)

2(s) Avec quelques gouttes, précipité bleu d'hydroxyde de cuivre Avec un excès solution bleu céleste

Ion sodium Na

+

Al

3+

ion ammonium NH

4 +

Test de flamme Solution d' hydroxyde de sodium (soude) (Na + + OH ) Chauffage en présence d'hydroxyde de sodium La flamme devient jaune orangé

Précipité blanc d'hydroxyde d'aluminium A1(OH)

3(s) Dégagement d'ammoniac qui colore en bleu foncé un papier filtre imbibé de Réactif de Nessler solution de sulfate de cuivre. Précipité orangé Page 3

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SOLUTIONS ELECTROLYTIQUES- Matériel Élèves :

2 tubes à essais 1 pot (poubelle) 2 béchers de 100 mL 1 bécher de 50 mL 1 agitateur de verre 1 burette de 50 mL 1 burette de 25 mL 1 compte-gouttes Matériel filtration (entonnoir, potence, filtre) Solution sulfate de cuivre pour test Solution soude pour test

Bureau :

Webcam + ordi avec le logiciel de la webcam+ vidéoprojecteur 1 rétroprojecteur 2 litres de solution de sulfate de cuivre (II) de concentration C 1  0,10 mol.L

 1

fraîchement préparée

pour remplir la burette. 1 L de solution de soude de concentration C 2  1,0 mol.L

 1

fraîchement préparée

pour remplir la burette. Filtres pour les deux groupes (20)

Au bureau

H 2 SO 4 commerciale munie d’une dispensette réglée sur5 mL Nitrate d’argent pour test 4 tubes à essais 2 béchers, agitateur en verre Expérience du jet d’eau avec HCl gazeux et BBT.

Par groupe

Sulfate d’aluminium en poudre BaCl 2 0.1 M NaOH 0.1 M BBT ou hélianthine Balance, spatule, coupelle Fioles 50 et 100 mL 4 tubes à essais Thermomètre Page 4