<p>Tu n'as jamais mis les pieds dans ce chapitre et pourtant le contrôle arrive. Pas de panique, on va te rendre opérationnel en un clin d'oeil. On commence par les bases indispensables : savoir ce qu'est un ion, un précipité, et comment on fait réagir un réactif pour identifier une espèce chimique. On reste simple, direct, efficace.</p>
Un ion est un atome qui a gagné ou perdu des électrons. Il est chargé : cation (+), anion (-). Exemples : $\text{Cu}^{2+}$, $\text{Fe}^{2+}$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{Cl}^{-}$, $\text{SO}_4^{2-}$.
Un précipité est un solide qui apparaît lorsqu'on mélange deux solutions. Il a une couleur caractéristique selon l'ion présent.
Un test d'identification utilise un réactif spécifique : si le résultat attendu se produit (précipité coloré, trouble, détonation...), on conclut sur la présence de l'espèce cherchée.
Ion cuivre II $\text{Cu}^{2+}$ : ajouter quelques gouttes de soude $\text{NaOH}$ → précipité bleu.
Ion fer II $\text{Fe}^{2+}$ : soude → précipité vert.
Ion fer III $\text{Fe}^{3+}$ : soude → précipité roux (orange-brun).
Ion chlorure $\text{Cl}^{-}$ : ajouter quelques gouttes de nitrate d'argent $\text{AgNO}_3$ → précipité blanc qui noircit à la lumière.
Ion sulfate $\text{SO}_4^{2-}$ : ajouter quelques gouttes de chlorure de baryum $\text{BaCl}_2$ → précipité blanc.
Dioxygène $\text{O}_2$ : on approche une braise incandescente de l'ouverture du tube → la braise se rallume.
Dihydrogène $\text{H}_2$ : on retourne le tube (car $\text{H}_2$ plus léger que l'air) et on approche une allumette enflammée → petite détonation caractéristique (pop).
Dioxyde de carbone $\text{CO}_2$ : on fait barboter le gaz dans de l'eau de chaux limpide → elle se trouble (devient laiteuse).
Complète les trous avec la couleur ou le résultat qui convient.
a) Ion $\text{Cu}^{2+}$ + soude → précipité $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) Ion $\text{Fe}^{2+}$ + soude → précipité $\underline{\hspace{1.1em}}$
c) Ion $\text{Fe}^{3+}$ + soude → précipité $\underline{\hspace{1.1em}}$
d) Ion $\text{Cl}^{-}$ + $\text{AgNO}_3$ → précipité $\underline{\hspace{1.1em}}$
e) Gaz $\text{O}_2$ : approche d'une braise → $\underline{\hspace{1.1em}}$
f) Gaz $\text{H}_2$ : approche d'une flamme → $\underline{\hspace{1.1em}}$
g) Gaz $\text{CO}_2$ : barbotage dans l'eau de chaux → $\underline{\hspace{1.1em}}$
a) bleu
b) vert
c) roux (orange-brun)
d) blanc
e) la braise se rallume
f) petite détonation (pop)
g) l'eau de chaux se trouble (devient laiteuse)
Associe chaque observation à l'ion ou au gaz correspondant. Complète les pointillés.
1) Précipité vert avec soude → ion $\underline{\hspace{1.1em}}$
2) Précipité bleu avec soude → ion $\underline{\hspace{1.1em}}$
3) Eau de chaux troublée → gaz $\underline{\hspace{1.1em}}$
4) Détonation à la flamme → gaz $\underline{\hspace{1.1em}}$
5) Précipité blanc avec $\text{AgNO}_3$ → ion $\underline{\hspace{1.1em}}$
6) Précipité blanc avec $\text{BaCl}_2$ → ion $\underline{\hspace{1.1em}}$
1) $\text{Fe}^{2+}$ (fer II)
2) $\text{Cu}^{2+}$ (cuivre II)
3) $\text{CO}_2$ (dioxyde de carbone)
4) $\text{H}_2$ (dihydrogène)
5) $\text{Cl}^{-}$ (chlorure)
6) $\text{SO}_4^{2-}$ (sulfate)
Vrai ou Faux ? Coche et corrige si besoin.
a) Le nitrate d'argent réagit avec l'ion sulfate pour donner un précipité blanc. $\underline{\hspace{1.1em}}$
b) Le dihydrogène est identifié par le rallumage d'une braise. $\underline{\hspace{1.1em}}$
c) La soude (NaOH) permet de différencier $\text{Fe}^{2+}$ et $\text{Fe}^{3+}$ par la couleur du précipité. $\underline{\hspace{1.1em}}$
a) Faux. Le nitrate d'argent réagit avec l'ion chlorure $\text{Cl}^{-}$, pas avec $\text{SO}_4^{2-}$ (qui utilise $\text{BaCl}_2$).
b) Faux. Le dihydrogène est identifié par une détonation à la flamme ; c'est le dioxygène qui rallume une braise.
c) Vrai. $\text{Fe}^{2+}$ donne un précipité vert, $\text{Fe}^{3+}$ un précipité roux.
<p>Tu as peut-être déjà croisé ces tests en TP. Là on remet de l'ordre : rappel du cours, méthode imparable pour réaliser un test et pour conclure sans se tromper. On attaque des exercices où tu vas appliquer directement la méthode.</p>
Un test d'identification repose sur une réaction chimique visible et spécifique : seul l'ion ou le gaz recherché produit ce résultat.
On ajoute un réactif à l'échantillon (quelques gouttes dans la solution, ou on fait agir un gaz) et on observe : précipité coloré, trouble, détonation, rallumage d'une braise...
Si l'observation correspond à celle attendue, on conclut à la présence de l'espèce.
1. Prélever environ 2 mL de solution inconnue dans un tube à essais propre.
2. Ajouter 3-4 gouttes du réactif caractéristique : soude ($\text{NaOH}$) pour $\text{Cu}^{2+}$, $\text{Fe}^{2+}$, $\text{Fe}^{3+}$ ; nitrate d'argent ($\text{AgNO}_3$) pour $\text{Cl}^{-}$ ; chlorure de baryum ($\text{BaCl}_2$) pour $\text{SO}_4^{2-}$.
3. Observer la couleur du précipité (bleu, vert, roux, blanc) ou son absence.
4. Comparer avec le tableau de référence.
5. Conclure en citant l'ion identifié.
Ion $\text{Cu}^{2+}$ : réactif $\text{NaOH}$ → précipité bleu.
Ion $\text{Fe}^{2+}$ : réactif $\text{NaOH}$ → précipité vert.
Ion $\text{Fe}^{3+}$ : réactif $\text{NaOH}$ → précipité roux.
Ion $\text{Cl}^{-}$ : réactif $\text{AgNO}_3$ → précipité blanc (noircit à la lumière).
Ion $\text{SO}_4^{2-}$ : réactif $\text{BaCl}_2$ → précipité blanc.
Gaz $\text{O}_2$ : braise incandescente → la braise se rallume.
Gaz $\text{H}_2$ : allumette enflammée sur tube retourné → détonation (pop).
Gaz $\text{CO}_2$ : bulle dans eau de chaux → trouble blanc.
Une solution inconnue est testée avec de la soude : un précipité vert se forme. Complète le raisonnement.
Le réactif utilisé est $\underline{\hspace{1.1em}}$.
L'observation est un précipité de couleur $\underline{\hspace{1.1em}}$.
D'après le tableau, un précipité vert avec la soude révèle l'ion $\underline{\hspace{1.1em}}$.
Conclusion : la solution contient des ions $\underline{\hspace{1.1em}}$ (nom complet : $\underline{\hspace{1.1em}}$).
Le réactif utilisé est la soude ($\text{NaOH}$).
L'observation est un précipité de couleur vert.
D'après le tableau, un précipité vert avec la soude révèle l'ion $\text{Fe}^{2+}$.
Conclusion : la solution contient des ions $\text{Fe}^{2+}$ (nom complet : fer II).
On réalise le test du dihydrogène sur un gaz inconnu. Complète la description.
On doit d'abord $\underline{\hspace{1.1em}}$ le tube car le dihydrogène est $\underline{\hspace{1.1em}}$ que l'air.
Ensuite, on approche une $\underline{\hspace{1.1em}}$ de l'ouverture du tube.
On observe une $\underline{\hspace{1.1em}}$ caractéristique.
Si ce bruit se produit, le gaz est du $\underline{\hspace{1.1em}}$.
On doit d'abord retourner le tube car le dihydrogène est plus léger que l'air.
Ensuite, on approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube.
On observe une petite détonation (pop) caractéristique.
Si ce bruit se produit, le gaz est du dihydrogène ($\text{H}_2$).
Pour le gaz $\text{CO}_2$, le test utilise de l'$\underline{\hspace{1.1em}}$ qui se $\underline{\hspace{1.1em}}$ en présence de $\text{CO}_2$. Cette transformation donne un aspect $\underline{\hspace{1.1em}}$ (trouble).
Pour $\text{O}_2$, on approche une $\underline{\hspace{1.1em}}$ ; si le gaz est bien du dioxygène, la braise $\underline{\hspace{1.1em}}$.
Pour le gaz $\text{CO}_2$, le test utilise de l'eau de chaux qui se trouble en présence de $\text{CO}_2$. Cette transformation donne un aspect laiteux (trouble).
Pour $\text{O}_2$, on approche une braise incandescente ; si le gaz est bien du dioxygène, la braise se rallume.
<p>Cinq exercices quasi identiques pour ancrer les correspondances dans ta mémoire. Même consigne, mêmes gestes mentaux, juste les noms et les couleurs qui changent. Objectif : automatiser.</p>
Complète la phrase : « Le test de l'ion $\underline{\hspace{1.1em}}$ avec la soude donne un précipité $\underline{\hspace{1.1em}}$. » (indice : bleu)
« Le test de l'ion $\text{Cu}^{2+}$ avec la soude donne un précipité bleu. »
Complète la phrase : « Le test de l'ion $\underline{\hspace{1.1em}}$ avec la soude donne un précipité $\underline{\hspace{1.1em}}$. » (indice : vert)
« Le test de l'ion $\text{Fe}^{2+}$ avec la soude donne un précipité vert. »
Complète la phrase : « Le test de l'ion $\underline{\hspace{1.1em}}$ avec la soude donne un précipité $\underline{\hspace{1.1em}}$. » (indice : roux)
« Le test de l'ion $\text{Fe}^{3+}$ avec la soude donne un précipité roux. »
Complète la phrase : « Le test de l'ion $\underline{\hspace{1.1em}}$ avec $\underline{\hspace{1.1em}}$ donne un précipité blanc. » (indice : chlorure, réactif $\text{AgNO}_3$)
« Le test de l'ion $\text{Cl}^{-}$ avec le nitrate d'argent ($\text{AgNO}_3$) donne un précipité blanc. »
Complète la phrase : « Le test de l'ion $\underline{\hspace{1.1em}}$ avec $\underline{\hspace{1.1em}}$ donne un précipité blanc. » (indice : sulfate, réactif $\text{BaCl}_2$)
« Le test de l'ion $\text{SO}_4^{2-}$ avec le chlorure de baryum ($\text{BaCl}_2$) donne un précipité blanc. »
<p>Maintenant, de vrais exercices de contrôle : analyse de tests, interprétation d'observations, justification. Tu vas mobiliser tout ce que tu as appris pour résoudre des problèmes.</p>
Exercice 1 : Vrai ou Faux
Pour chaque affirmation, réponds V (vrai) ou F (faux) et corrige les affirmations fausses.
a) L'eau de chaux se trouble en présence de $\text{CO}_2$.
b) Avec la soude, l'ion $\text{Fe}^{2+}$ donne un précipité roux.
c) Le réactif de l'ion $\text{Cl}^{-}$ est le nitrate d'argent ($\text{AgNO}_3$).
d) La braise se rallume en présence de dihydrogène $\text{H}_2$.
e) Un précipité bleu avec la soude révèle la présence d'ions $\text{Cu}^{2+}$.
a) Vrai. Le dioxyde de carbone trouble l'eau de chaux.
b) Faux. $\text{Fe}^{2+}$ donne un précipité vert avec la soude. Le roux correspond à $\text{Fe}^{3+}$.
c) Vrai. $\text{Cl}^{-}$ est identifié par le nitrate d'argent qui donne un précipité blanc.
d) Faux. La braise se rallume avec le dioxygène $\text{O}_2$, pas avec $\text{H}_2$. $\text{H}_2$ produit une détonation à la flamme.
e) Vrai. Le précipité bleu avec la soude est caractéristique des ions cuivre II.
Exercice 2 : Reconnaître un ion
Pour chaque test, identifie l'ion présent et justifie ta réponse.
a) Ajout de soude → précipité vert.
b) Ajout de nitrate d'argent → précipité blanc.
c) Ajout de soude → précipité roux.
d) Ajout de chlorure de baryum → précipité blanc.
a) Ion $\text{Fe}^{2+}$ (fer II). Le précipité vert avec la soude est spécifique à $\text{Fe}^{2+}$.
b) Ion $\text{Cl}^{-}$ (chlorure). Le nitrate d'argent forme un précipité blanc avec les ions chlorure.
c) Ion $\text{Fe}^{3+}$ (fer III). La soude donne un précipité roux uniquement avec $\text{Fe}^{3+}$.
d) Ion $\text{SO}_4^{2-}$ (sulfate). Le chlorure de baryum forme un précipité blanc avec les ions sulfate.
Exercice 3 : Tests des gaz
Pour chaque gaz, décris précisément le test à réaliser et l'observation attendue.
a) Dioxygène $\text{O}_2$
b) Dihydrogène $\text{H}_2$
c) Dioxyde de carbone $\text{CO}_2$
a) $\text{O}_2$ : On approche une braise incandescente de l'ouverture du tube contenant le gaz. Si le gaz est du dioxygène, la braise se rallume vivement.
b) $\text{H}_2$ : On retourne le tube (car $\text{H}_2$ est plus léger que l'air) puis on approche une allumette enflammée. Une petite détonation (pop) se produit si le gaz est du dihydrogène.
c) $\text{CO}_2$ : On fait barboter le gaz dans de l'eau de chaux limpide. L'eau de chaux se trouble (devient laiteuse) en présence de $\text{CO}_2$.
Exercice 4 : Analyse d'une solution inconnue
Un chimiste effectue deux tests sur une solution inconnue :
Test 1 : ajout de soude → précipité bleu.
Test 2 : ajout de chlorure de baryum → précipité blanc.
a) Quel ion est révélé par le test 1 ? Justifie.
b) Quel ion est révélé par le test 2 ? Justifie.
c) Cette solution peut-elle contenir des ions $\text{Fe}^{3+}$ ? Justifie à l'aide du test 1.
a) Test 1 révèle l'ion $\text{Cu}^{2+}$ (cuivre II). La soude produit un précipité bleu caractéristique.
b) Test 2 révèle l'ion $\text{SO}_4^{2-}$ (sulfate). Le chlorure de baryum donne un précipité blanc uniquement avec les ions sulfate.
c) Non, la solution ne contient pas d'ions $\text{Fe}^{3+}$. Si elle contenait des ions fer III, l'ajout de soude aurait donné un précipité roux, pas bleu. Le test 1 montre uniquement la présence de $\text{Cu}^{2+}$.
Exercice 5 : Fer et acide chlorhydrique
On plonge un clou en fer dans de l'acide chlorhydrique. Un gaz se dégage. On réalise trois tests :
Test 1 (gaz) : allumette enflammée → petite détonation.
Test 2 (solution) : ajout de soude → précipité vert.
Test 3 (solution) : ajout de nitrate d'argent → précipité blanc.
a) Identifie le gaz produit. Justifie avec le test 1.
b) Quels ions sont présents dans la solution ? Justifie avec les tests 2 et 3.
c) Donne le nom de la solution obtenue (tu peux t'aider de la présence des ions).
a) Le gaz est du dihydrogène $\text{H}_2$. La détonation à l'approche d'une flamme est caractéristique de $\text{H}_2$.
b) Test 2 : précipité vert avec soude → présence d'ions $\text{Fe}^{2+}$ (fer II). Test 3 : précipité blanc avec nitrate d'argent → présence d'ions $\text{Cl}^{-}$ (chlorure).
c) La solution contient donc des ions fer II et chlorure ; cette solution est une solution de chlorure de fer II ($\text{FeCl}_2$).
<p>On dépasse le cadre strict du programme : comment combiner les tests pour identifier un mélange d'ions ? Quelles sont les limites d'un test ? On imagine un protocole pour déterminer une solution inconnue de manière systématique. De quoi briller l'an prochain.</p>
Un test négatif ne prouve pas que la solution est pure : d'autres ions peuvent être présents sans réagir avec le réactif utilisé. Il faut souvent plusieurs tests pour caractériser un mélange.
Certains précipités blancs se ressemblent ($\text{Cl}^{-}$ et $\text{SO}_4^{2-}$), mais les réactifs sont différents : on peut donc les distinguer en utilisant successivement nitrate d'argent puis chlorure de baryum sur deux échantillons.
Attention à l'ordre des tests : par exemple, l'eau de chaux se trouble aussi avec d'autres gaz acides, mais ce n'est pas au programme.
Exercice 1 : Mélange mystère
Un élève dispose d'une solution contenant deux cations parmi $\text{Cu}^{2+}$, $\text{Fe}^{2+}$, $\text{Fe}^{3+}$. Il ajoute de la soude et observe un précipité vert et un précipité bleu en même temps.
a) Quels ions sont forcément présents ?
b) Pourquoi peut-on affirmer que $\text{Fe}^{3+}$ est absent ?
c) Propose un protocole pour confirmer la présence éventuelle de $\text{Fe}^{3+}$ si l'élève avait un doute.
a) Le précipité vert provient de $\text{Fe}^{2+}$, le bleu de $\text{Cu}^{2+}$. La solution contient donc $\text{Fe}^{2+}$ et $\text{Cu}^{2+}$.
b) $\text{Fe}^{3+}$ est absent car, en présence de soude, cet ion forme un précipité de couleur roux (hydroxyde de fer III, $\text{Fe(OH)}_3$). Aucune teinte rousse n'a été observée : on peut donc affirmer que $\text{Fe}^{3+}$ n'est pas présent.
c) Refaire le même test à la soude ne lèverait pas le doute : les précipités bleu ($\text{Cu(OH)}_2$) et vert ($\text{Fe(OH)}_2$) masqueraient toujours un éventuel précipité roux minoritaire. Pour confirmer de façon sélective la présence ou l'absence de $\text{Fe}^{3+}$, il faut utiliser un réactif différent. On prélève un nouvel échantillon de la solution et on y ajoute quelques gouttes de solution de thiocyanate de potassium (KSCN). Si $\text{Fe}^{3+}$ est présent, une coloration rouge sang caractéristique apparaît immédiatement dans la solution. Les ions $\text{Fe}^{2+}$ et $\text{Cu}^{2+}$ ne produisent pas cette coloration : ce test est donc sélectif et sans ambiguïté, même en présence des autres cations.
Exercice 2 : Problème de test
Un chimiste teste une solution inconnue avec du nitrate d'argent : un précipité blanc apparaît. Il affirme que la solution contient des ions chlorure.
a) Peut-il en être certain à 100 % ? Justifie.
b) Que faudrait-il faire pour exclure la présence d'ions sulfate ?
c) Rédige un petit paragraphe expliquant pourquoi un seul test ne suffit pas pour identifier tous les ions d'une solution.
a) Non, il ne peut pas être certain à 100 % car d'autres ions pourraient donner un précipité blanc avec le nitrate d'argent, mais dans le cadre du programme, seul $\text{Cl}^{-}$ donne ce résultat. Cependant, en toute rigueur, il serait nécessaire de vérifier l'absence d'interférences.
b) Pour exclure la présence d'ions sulfate, il faudrait effectuer un test au chlorure de baryum sur un autre échantillon. Si aucun précipité blanc ne se forme, $\text{SO}_4^{2-}$ est absent.
c) Un seul test ne suffit pas car un réactif est spécifique à un ion donné, mais une solution peut contenir plusieurs ions. De plus, un résultat négatif ne garantit pas l'absence de tout autre ion. Il faut combiner plusieurs tests avec des réactifs différents pour caractériser complètement une solution.
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