Chap 3: Le courant électrique dans les solutions aqueuses

Objectifs p43

I- Les liquides conduisent-ils l'électricité?

1- Activité expérimentale

Nous avons vu dans le chapitre n°2 que le sel ou le sucre en poudre ne conduisent pas l'électricité,est-ce la même chose s'ils sont mélangés à de l'eau ?

2- Observations

L'intensité du courant est nulle avec l'eau déminéralisée et l'eau sucrée mais pas avec l'eau salée et le sulfate de cuivre.

3-Les porteurs de charge dans les solutions: les ions

L'eau salée et le sulfate de cuivre sont conducteurs d'électricité, ce sont des électrolytes.

Dans les électrolytes, il existe des porteurs de charges positives et des porteurs de charges négatives; ce sont des ions positifs et des ions négatifs.

Une solution conductrice est une solution ionique, électriquement neutre (autant de charges positives que de charges négatives).

Les ions positifs, les cations, sont des atomes ou des groupements d'atomes ayant perdu 1,2 ou 3 électrons.

Exemples:

- l'ion sodium est un atome de sodium (Na) ayant perdu un électron.

Par convention son symbole est: Na⁺.

- L'ion zinc est un atome de zinc (Zn) qui a perdu 2 électrons.

Son symbole est Zn²⁺.

Les ions négatifs, les anions, sont des atomes ou groupements d'atomes qui ont gagné 1, 2 ou 3 électrons.

Exemples:

- l'ion chlorure est un atome de chlore (Cl) qui a gagné 1 électron. Son symbole est Cl^-.

- L'ion sulfate SO₄^2- est un groupement d'atomes qui a gagné 2 électrons.

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a) L'ion n°1 possède 29 charges positives dans son noyau et 27 électrons soit 29+ et 27-, il reste 2 charges positives: la charge de l'ion n°1 est 2+.

L'atome possédant 29 charges positives dans son noyau est le cuivre (Cu): la formule de l'ion n°1 est Cu²⁺.

L'ion n°2 possède 26 charges positives et 23 électrons soit 26 + et 23 -, il reste donc 3 charges positives, la charge de l'ion n°2 est 3+.

L'atome possédant 26 charges positives dans son noyau est le fer (Fe): la formule de l'ion n°1 est Fe³⁺.

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a) Le symbole de l'atome de calcium est Ca, il possède

20 charges positives donc 20 électrons.

b) L'ion calcium Ca²⁺ a perdu 2 électrons:

20 – 2 = 18 électrons

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a) Cet ion comporte 5 atomes : 1 atome de soufre S et 4 atomes d'oxygène O.

b) Cet ion comporte un excès de charges négatives. Il est chargé 2-, il a gagné 2 électrons.

100. Au total il comporte: 50 électrons soufre: 16 4 oxygène: 4x 8 = 32 +2 électrons: +2

Activité p52

1- L'ion responsable de la couleur bleue est l'ion cuivre Cu²⁺ car les ions sulfate SO₄^2- sont incolores.

L'ion responsable de la couleur violette est l'ion permanganate MnO₄^- car l'ion potassium est incolore.

2- Une solution de chlorure de sodium (eau salée) est incolore car les ions chlorure (Cl^-)et les ions sodium (Na⁺) sont incolores.

Si une solution de chlorure ferreux est verdâtre c'est à cause des ions ferreux (Fe²⁺) qui sont verts.

3- Le nom de cette solution est le chlorure de zinc.

4- Une solution de chlorure de fer III contient 3 fois plus d'ions chlorure Cl^- que d'ions ferrique Fe³⁺ car pour que la solution soit électriquement neutre, il faut (Fe³⁺ + 3Cl^- )

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a) Les ions qui constituent la solution de chlorure de fer II sont les ions chlorure Cl^- et les ions ferreux Fe²⁺.

b) Cette solution contient 2 fois plus d'ions chlorure Cl^- que d'ions ferreux Fe²⁺:

( Fe²⁺+2 Cl^- )

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Il faut forcément associer un ion positif avec un ion négatif:

(Cu²⁺ + 2 Cl^- ) solution de chlorure de cuivre

(Cu²⁺ + SO₄^2- )solution de sulfate de cuivre

(Na⁺ + Cl^- )solution de chlorure de sodium

(2 Na⁺ + SO₄^2- )solution de sulfate de sodium

(Fe²⁺ + 2 Cl^- ) solution de chlorure de fer II (ferreux)

(Fe²⁺ + SO₄^2- ) solution de sulfate de fer II (ferreux)

II- La migration des ions

1- Activité expérimentale

On dépose des cristaux de permanganate de potassium (violet) (K⁺ + MnO₄^-) et des cristaux de sulfate de cuivre (bleu)

(Cu²⁺ + SO₄^2-) sur de l'agar agar.

2- Observations

Après quelques temps on remarque que les ions Cu²⁺ (couleur bleue) ont migré vers la borne négative, tandis que les ions négatifs MnO₄^- (couleur violette) ont migré vers la borne positive.

3- Conclusion

Le courant électrique dans une solution aqueuse est dû à la double migration des ions positifs et des ions négatifs se déplaçant en sens inverse.

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Schéma et réponses au tableau

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On observe une tache bleue vers la borne négative et une tache jaune vers la borne positive.

Les ions cuivre (Cu²⁺) sont bleus et positifs ils migrent donc vers la borne négative (noire).

Les ions dichromate (Cr₂O₇^2-) sont orangés et négatifs, ils migrent donc vers la borne positive.

III- Tests de reconnaissance d'ions

1- Activité expérimentale

Pour identifier un ion dans une solution, on verse dans celui-ci une petite quantité d' un détecteur approprié et on observe ce qu'il se passe:

2- Conclusions

Si en versant de la soude comme détecteur, on obtient:

- un précipité vert, on met en évidence l'ion ferreux Fe²⁺;

• un précipité rouille, on met en évidence l'ion ferrique Fe^3+;;

• un précipité bleu, on met en évidence l'ion cuivre Cu²⁺.

Si en versant une solution de nitrate d'argent comme détecteur, on observe un précipité blanc qui noircit à la lumière, on met en évidence l'ion chlorure Cl^-.

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J'observe qu'il y a un précipité bleu, je sais que lorsqu'on ajoute de la soude en présence d'ions cuivre Cu²⁺ on obtient un précipité bleu.

J'en conclus que cette solution contient des ions cuivre Cu²⁺.

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a) On verse dans un tube à essais un peu de l'eau minérale.

On ajoute du nitrate d'argent.

b) Si on observe un précipité blanc qui noircit à la lumière alors il y a bien des ions chlorure (Cl^-) dans cette eau minérale.

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a) Le constituant de base des pellicules photos est du chlorure d'argent.

b) Le terme « argentique » est donné pour les pellicules car elles contiennent de l'argent.

c) Si on utilisait le matériel de Niepce, la partie la plus sombre de la pellicule serait la lumière de la bougie.

500. Les spécialistes parlent de négatif car on obtient l'inverse: les parties éclairées sont sombres.

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Matériel: tube à essais, soude, eau de source

Mettre dans un tube à essais de l'eau de source.

Rajouter 2 gouttes de soude.

Observer.

S'il y a formation d'un précipité est vert alors il y a présence d'ion fer (II) (ferreux) dans cette eau.

S'il y a formation d'un précipité rouille alors il y a présence d'ion ferrique fer (III) dans cette solution.