LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES DU CUIVRE ET DE L’ION CUIVRE
I. Test de l’ion cuivre
A. Couleur de la solution
Les solutions de sulfate de cuivre ($CuSO_{4}$), de chlorure de cuivre ($CuCl_{2}$), de nitrate de cuivre ($Cu(NO_{3})_{2}$) sont toutes bleues. Elles contiennent toutes des ions cuivre ($Cu^{2+}$) qui sont responsables de la couleur bleue.
$\textbf{NB}$ : Toute solution contenant des ions cuivre ($Cu^{2+}$) est bleue mais toute solution bleue ne contient pas forcément des ions cuivre.
B. Action de la soude
Quand on verse de $\textbf{la soude}$ dans une solution contenant des ions cuivre, il se forme un $\textbf{précipité gélatineux}$ $\textbf{de couleur}$ $\textbf{bleuâtre}$ (hydroxyde de cuivre $Cu(OH)_{2}$ ).
$\textbf{La formation de ce précipité est la preuve de présence d’ion cuivre dans la solution.}$
C. Action de l’ammoniaque
Quand on verse de l’ammoniaque dans une solution contenant des ions cuivre, il se forme un précipité bleuâtre.
Ce précipité se dissout si l’on continue de verser l’ammoniaque ; on obtient $\textbf{un liquide bleu intense appelé eau céleste.}$
$\textbf{Le test à l’ammoniaque constitue également un moyen pour déceler l’ion cuivre.}$
II. Transformation de l’ion cuivre en atome de cuivre
A. Expérience
Dans un tube à essai, contenant une solution de sulfate de cuivre, on introduit de la poudre de fer.
B. Observation
- Le fer se recouvre d’un dépôt rouge spongieux, qui est du cuivre métal
- La couleur bleue de la solution s’estompe puis disparait progressivement pour laisser apparaitre une coloration verte
$\textbf{L’action de la soude sur la solution obtenue donne un précipité verdâtre, caractérisant la présence d’ions}$ $\textbf{ferreux dans la solution}$.
C. Interprétation
- La disparition de la couleur bleue et la formation du métal cuivre montrent que les ions cuivre se transforment en cuivre
$\textbf{Équation de la réaction :}$ $Cu^{2+}$ + $2e^{-}$ $\rightarrow$ $Cu$
- Les ions ferreux se forment à partir d’atome de fer ayant perdu chacun deux électrons
$\textbf{Équation de la réaction :}$ $Fe$ $\rightarrow$ $Fe^{2+}$ + $2e^{-}$
Les transformations se produisent simultanément et les deux électrons libérés par l’atome de fer pour se transformer en ion ferreux sont récupérés par l’ion cuivre qui se transforme ainsi en atome de cuivre.
L’ion cuivre et l’atome de fer disparaissent tandis qu’il se forme un atome de cuivre et un ion ferreux, il s’agit donc d’une réaction chimique.
Équation bilan de la réaction entre le fer et l’ion cuivre : $Cu^{2+}$ + $Fe$ $\rightarrow$ $Cu$ + $Fe^{2+}$
$\textbf{NB}$ : dans la solution il n’existe pas d’électrons libres
III. Transformation de l’atome de cuivre en ion cuivre
A. Expérience
On introduit une solution d’acide nitrique dans un tube à essai contenant du cuivre.
B. Observation
- Des vapeurs rousses se dégagent
- Le cuivre disparait et la solution devient bleue
- Le test à la soude ou à l’ammoniaque donne un précipité bleuâtre, ce qui montre la présence d’ions cuivre dans la solution.
C. Interprétation
Le métal cuivre s’est transformé en ion cuivre en libérant deux électrons. Immédiatement ces ions sont captés par l’acide nitrique qui produit ensuite du monoxyde d’azote (NO). Au contact de l’air, le monoxyde d’azote (NO) donne des vapeurs rousses (dioxyde d’azote : $NO_{2}$)
Équation de la transformation du cuivre en ion cuivre : $Cu$ $\rightarrow$ $Cu^{2+}$ + $2e^{-}$
IV. EXERCICES D’APPLICATION
$\textbf{Questions de cours :}$
- Compléter s’il y a lieu et équilibrer les équations bilan suivantes :
- $Zn^{2+}$ + ....... $\rightarrow$ $Zn$
- $Al$ $\rightarrow$ $Al^{3+}$ + ......
- $Cl$ + $e^{-}$ $\rightarrow$ ........
- $Fe^{2+}$ $\rightarrow$ $Fe^{3+}$ + .......
- $Al$ + $Zn^{2+}$ $\rightarrow$ ... + $Al^{3+}$
- $Zn$ + $H^{+}$ $\rightarrow$ $Zn^{2+}$ + $H_{2}$
- Comment tester la présence des ions suivants dans une solution: ion cuivre ; ion zinc ; ion ferreux
- Un test à la soude sur trois solutions A, B et C donne: A: précipité bleuâtre; B: précipité blanchâtre; C: précipité verdâtre ; Trouver les ions métalliques contenus dans chacune de ces solutions
- Laquelle de ces équations-bilans est écrite correctement ? que traduit-elle ?
- $Fe^{2+}$ + $Cu$ $\rightarrow$ $Fe$ + $Cu^{2+}$
- $Fe$ + $Cu^{2+}$ $\rightarrow$ $Fe^{2+}$ + $Cu$
- $Cu$ + $Fe$ $\rightarrow$ $Cu^{2+}$ + $Fe^{2+}$
- $Fe^{2+}$ + $Cu^{2+}$ $\rightarrow$ $Cu$ + $Fe$
$\textbf{Exercice}$
On plonge une tige d’aluminium dans une solution contenant des ions cuivre, on observe un dépôt de cuivre et la disparition de la couleur bleue. Il se forme également les ions aluminium
- Traduire l’expérience par des équations chimiques détaillées, puis écrire l’équation bilan de la réaction chimique
- Sachant que 54g d’aluminium réagissent pour former 192g de cuivre ; calculer :
- La masse de cuivre qui se forme lorsqu’on utilise 135g d’aluminium
- La masse d’aluminium utilisé lorsqu’on obtient 896g de cuivre