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Tests de reconnaissance des gaz et des ions

Identifier expérimentalement les espèces chimiques courantes.

Chimie 5ème Chapitre 6 / 7 ⏱ 4 h

Ce que tu sauras faire à la fin

  • Réaliser et interpréter un test de reconnaissance
  • Rédiger un protocole d'identification
  • Conclure sur la nature d'un gaz

Imagine que tu ouvres un tube dans lequel un gaz invisible s'est formé, ou que tu regardes un liquide transparent dans un verre. Comment savoir, sans le respirer ni le boire, ce que c'est vraiment ? Les chimistes ont mis au point des tests simples, rapides et sûrs, qui donnent une réponse claire : une flamme qui repart, un liquide qui se trouble, un bruit sec, une poudre qui change de couleur. Chaque test est une petite enquête, avec un indice qui ne trompe jamais.

Depuis la sixième, tu sais que la matière change d'état et que l'air est un mélange de plusieurs gaz. Cette année, tu vas apprendre à identifier avec certitude les espèces chimiques les plus courantes : les quatre gaz liés à la combustion et à l'air (dioxygène, dioxyde de carbone, dihydrogène, vapeur d'eau), puis quelques ions dissous dans l'eau (chlorure, cuivre, fer). Chaque test repose sur une transformation caractéristique, toujours la même, qui permet de conclure sans hésiter.

Ces gestes ne sont pas réservés au laboratoire. Un mineur ou un spéléologue vérifie l'air d'une galerie avec une flamme avant d'y entrer ; un artisan soudeur contrôle qu'il manipule bien du dihydrogène et non un autre gaz ; un technicien des eaux teste la présence de fer ou de chlorure dans l'eau du robinet d'une ville. Savoir reconnaître un gaz ou un ion, c'est aussi savoir se protéger et protéger les autres.

Dans ce chapitre, tu vas apprendre pas à pas les quatre tests de gaz les plus classiques, puis les trois premiers tests d'ions. À la fin, tu sauras construire un raisonnement complet pour identifier un gaz ou une solution inconnue, à l'aide d'un tableau de résultats et d'un organigramme.

1Test du dioxygène (bûchette)

Le dioxygène, noté O2\text{O}_2, est le gaz de l'air qui permet toute combustion : sans lui, aucune flamme ne peut brûler. C'est un gaz comburant. Pour vérifier qu'un gaz recueilli est bien du dioxygène, on utilise un test très simple : la bûchette incandescente.

Définition

Un gaz comburant est un gaz qui entretient et active une combustion, sans brûler lui-même. Le dioxygène est le comburant le plus courant : c'est lui qui, dans l'air, permet aux flammes et aux braises de continuer à brûler.

1.1  Fabriquer une bûchette incandescente

Méthode — préparer le test

On allume une allumette en bois (la « bûchette »). On la laisse brûler quelques secondes, puis on souffle sur la flamme pour l'éteindre : il reste alors une braise rouge à son extrémité. La bûchette est dite incandescente : elle rougeoie, mais ne brûle plus avec une flamme.

1.2  Interpréter le résultat

Propriété

On approche puis on plonge la bûchette incandescente dans le tube contenant le gaz à tester. Si la flamme repart aussitôt, vive et crépitante, le gaz testé est du dioxygène. Dans l'air ordinaire, qui ne contient qu'environ un cinquième de dioxygène, la braise rougeoie un peu plus fort mais aucune flamme ne repart franchement.

Exemple — comparer air et dioxygène pur

Fatou recueille un gaz dans un tube et veut savoir s'il s'agit de dioxygène. Elle prépare deux bûchettes incandescentes identiques.

  1. tube 1 (air du laboratoire) : la braise rougeoie faiblement, aucune flamme ne repart
  2. doncle tube 1 ne contient pas de dioxygène pur
  3. tube 2 (gaz recueilli) : une flamme jaillit aussitôt, vive et crépitante
  4. doncle gaz du tube 2 est du dioxygène O2\text{O}_2
Test du dioxygène : la bûchette incandescente tube d'air ordinaire tube de dioxygène braise rouge la flamme repart ! la braise ne fait que rougeoyer flamme vive et crépitante Le dioxygène est le seul gaz qui ravive une bûchette incandescente.
Figure 1 — Le test de reconnaissance du dioxygène : une bûchette incandescente se ravive uniquement au contact du dioxygène O2\text{O}_2.
Attention

Ne confonds pas comburant (le dioxygène, qui permet la combustion) et combustible (le bois, le gaz de cuisine, l'essence, qui brûlent). Une bûchette qui rougeoie un peu plus fort dans l'air normal n'est pas un test positif : il faut une flamme franche et vive pour conclure à la présence de dioxygène.

Exemple — un test mal interprété

Moussa approche une bûchette incandescente d'un tube et observe une petite étincelle, puis plus rien. Peut-il conclure que le gaz est du dioxygène ?

  1. une seule étincelle brève, sans flamme durable
  2. doncle résultat n'est pas concluant : ce n'est pas une flamme vive et durable
  3. conclusionMoussa doit refaire le test avec une bûchette bien incandescente
Chimie & Co — La découverte du dioxygène

Vers 1774, le chimiste anglais Joseph Priestley obtient un gaz étonnant en chauffant de l'oxyde de mercure : une bûchette incandescente s'y ravive violemment. Il l'appelle « air déphlogistiqué ». La même année, le Suédois Carl Wilhelm Scheele obtient indépendamment ce même gaz, qu'il nomme « air de feu ».

C'est le chimiste français Antoine Lavoisier qui comprend, entre 1775 et 1778, le rôle exact de ce gaz dans les combustions et les respirations, et qui lui donne en 1778 son nom actuel : oxygène, du grec « qui engendre les acides ».

2Test du dioxyde de carbone (eau de chaux)

Le dioxyde de carbone, noté CO2\text{CO}_2, est un gaz que tu rejettes à chaque expiration, que les plantes absorbent pour se nourrir, et qui se forme dans toutes les combustions. On le reconnaît grâce à un réactif liquide bien particulier : l'eau de chaux.

Définition

L'eau de chaux est une solution aqueuse limpide et incolore d'hydroxyde de calcium, Ca(OH)2\text{Ca(OH)}_2. Elle a la propriété de se troubler, de devenir blanche et laiteuse, au contact du dioxyde de carbone.

2.1  Réaliser le test

Méthode — faire buller un gaz dans l'eau de chaux

On relie le tube contenant le gaz à tester à un tube rempli d'eau de chaux limpide, à l'aide d'un tube fin (tube à dégagement). On fait passer le gaz : il traverse l'eau de chaux sous forme de petites bulles.

Test du dioxyde de carbone : l'eau de chaux gaz à tester eau de chaux limpide eau de chaux troublée le gaz traverse en petites bulles trouble blanc laiteux Le CO₂ trouble l'eau de chaux : précipité blanc de carbonate de calcium.
Figure 2 — Le test de reconnaissance du dioxyde de carbone : l'eau de chaux se trouble en blanc laiteux au contact du CO2\text{CO}_2.

2.2  Interpréter le résultat

Propriété

Si l'eau de chaux se trouble et devient blanche et laiteuse, le gaz testé est du dioxyde de carbone. Ce trouble est un solide blanc, insoluble dans l'eau, qui vient de se former : le carbonate de calcium.

Exemple — écrire la réaction

On peut résumer cette transformation par une équation de réaction.

  1. dioxyde de carbone + eau de chaux → carbonate de calcium (trouble blanc) + eau
  2. soitCO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}
Exemple — interpréter deux tubes

Idrissa fait buller deux gaz différents, chacun dans un tube d'eau de chaux neuve.

  1. tube A : l'eau de chaux reste parfaitement limpide après le passage du gaz
  2. doncle gaz A n'est pas du dioxyde de carbone
  3. tube B : l'eau de chaux se trouble en blanc laiteux dès les premières bulles
  4. doncle gaz B est du dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2
Attention

Si tu laisses buller le gaz trop longtemps dans l'eau de chaux, le trouble blanc peut redevenir limpide : ce n'est pas parce que le gaz n'est plus du dioxyde de carbone, mais parce qu'il y en a maintenant trop, ce qui dissout à nouveau le trouble ! Il faut arrêter le test dès que le trouble apparaît.

Chimie & Co — Un gaz « sauvage »

Vers 1630, le médecin et chimiste flamand Jan Baptist Van Helmont remarque qu'un « esprit » invisible s'échappe du charbon qui brûle et du raisin qui fermente : il invente pour lui le mot « gas » (du grec « chaos »), à l'origine de notre mot moderne « gaz ».

Un siècle plus tard, en 1754, l'Écossais Joseph Black étudie précisément ce gaz, qu'il appelle « air fixe » : il montre qu'il trouble l'eau de chaux, qu'il est plus dense que l'air, et qu'il ne permet ni la combustion ni la respiration. C'est notre dioxyde de carbone actuel.

3Test du dihydrogène (détonation)

Le dihydrogène, noté H2\text{H}_2, est le gaz le plus léger qui existe. Découvert en 1766 par le chimiste anglais Henry Cavendish sous le nom d'« air inflammable », il fut rebaptisé « hydrogène » (« qui engendre de l'eau ») par Lavoisier en 1783. On le reconnaît par un test sonore, unique parmi tous les tests de gaz : la détonation.

Définition

Le dihydrogène est un gaz incolore et inodore, très inflammable. Mélangé à l'air, il forme un mélange détonant : sa combustion, très rapide, produit un bruit sec caractéristique.

3.1  Réaliser le test

Méthode — approcher une flamme

On approche rapidement une allumette enflammée de l'ouverture du tube contenant le gaz à tester, sans la plonger à l'intérieur. On observe et on écoute.

Test du dihydrogène : la détonation « pop » sec, comme un aboiement tube rempli de dihydrogène une détonation à l'approche de la flamme confirme le dihydrogène
Figure 3 — Le test de reconnaissance du dihydrogène : une flamme approchée de l'ouverture du tube provoque une détonation.

3.2  Interpréter le résultat

Propriété

Si on entend un bruit sec, comme un petit « aboiement », le gaz testé est du dihydrogène. Ce bruit vient de la combustion très rapide du dihydrogène avec le dioxygène de l'air : cette combustion produit de l'eau.

Exemple — écrire et ajuster l'équation

La combustion du dihydrogène dans le dioxygène produit de l'eau. Écrivons puis ajustons cette équation.

  1. dihydrogène + dioxygène → eau
  2. soitH2+O2→H2O\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}il y a 2 atomes d'oxygène à gauche, un seul à droite : ce n'est pas ajusté
  3. on ajuste2H2+O2→2H2O2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}4 atomes d'hydrogène et 2 d'oxygène de chaque côté
Exemple — comparer deux tubes

On approche une flamme de deux tubes différents.

  1. tube 1 : aucun bruit particulier en approchant la flamme
  2. doncle tube 1 ne contient pas de dihydrogène
  3. tube 2 : un bruit sec (« pop ») retentit aussitôt
  4. doncle tube 2 contient du dihydrogène H2\text{H}_2
Attention

Ce test se fait uniquement avec une petite quantité de gaz, à distance de sécurité, jamais en plongeant la flamme à l'intérieur du tube. Avec un grand volume de dihydrogène, la détonation devient une véritable explosion, dangereuse. On écarte aussi visage et vêtements de l'ouverture du tube.

4Test de l'eau (sulfate de cuivre anhydre)

Comment savoir si un liquide transparent contient de l'eau ? Ni le dioxygène, ni l'eau de chaux, ni la détonation ne peuvent aider ici : il faut un réactif solide, très sensible à l'eau. Ce réactif s'appelle le sulfate de cuivre anhydre.

Définition

Le sulfate de cuivre anhydre, CuSO4\text{CuSO}_4, est une poudre blanche (« anhydre » signifie « sans eau »). Au contact de l'eau, elle capte des molécules d'eau et devient bleue : elle se transforme en sulfate de cuivre hydraté.

4.1  Réaliser le test

Méthode — quelques gouttes suffisent

On dépose quelques gouttes du liquide à tester sur un peu de poudre blanche de sulfate de cuivre anhydre, placée dans une coupelle. On observe la couleur de la poudre.

Test de l'eau : le sulfate de cuivre anhydre poudre blanche quelques gouttes ajoutées sulfate de cuivre anhydre devient bleue : il y a de l'eau ! Sulfate de cuivre anhydre : indicateur de la présence d'eau (blanc → bleu).
Figure 4 — Le test de reconnaissance de l'eau : la poudre blanche de sulfate de cuivre anhydre devient bleue au contact de l'eau.

4.2  Interpréter le résultat

Propriété

Si la poudre blanche devient bleue, le liquide testé contient de l'eau. Ce test est très sensible : quelques gouttes suffisent pour observer le changement de couleur.

Exemple — tester un jus de fruit

Aminata dépose quelques gouttes de jus de mangue sur de la poudre blanche.

  1. quelques gouttes de jus de mangue sur la poudre blanche
  2. doncla poudre devient bleue
  3. conclusionle jus de mangue contient de l'eau, comme presque tous les liquides du quotidien
Exemple — comparer huile et eau du robinet
  1. gouttes d'huile de cuisine sur la poudre : elle reste blanche
  2. doncl'huile ne contient pas d'eau
  3. gouttes d'eau du robinet sur la poudre : elle devient bleue aussitôt
  4. doncl'eau du robinet contient bien de l'eau
Attention

Ce test prouve seulement la présence d'eau dans le liquide, pas que le liquide est de l'eau pure : un jus sucré ou de l'eau salée font aussi bleuir la poudre, car ils contiennent de l'eau. Pour vérifier la pureté d'une eau, il faudra un autre critère, comme sa température d'ébullition, étudié plus tard.

5Premiers tests d'ions

Un liquide transparent peut contenir, dissous et invisibles, des ions. Pour savoir lesquels, on verse quelques gouttes d'un réactif choisi : s'il se forme un précipité d'une couleur précise, on peut conclure. Découvrons les trois premiers tests d'ions au programme.

Définition

Un ion est une particule chargée électriquement, présente dissoute dans une solution aqueuse. Un précipité est un solide qui apparaît brusquement dans une solution, à la suite d'une réaction, et qui ne s'y dissout pas : il trouble le liquide ou tombe au fond du tube.

5.1  Test des ions chlorure

Méthode — nitrate d'argent

On verse quelques gouttes de nitrate d'argent, AgNO3\text{AgNO}_3, dans la solution à tester.

Propriété

Si un précipité blanc apparaît, qui noircit ensuite à la lumière, la solution contient des ions chlorure Cl−\text{Cl}^-.

  1. Ag++Cl−→AgCl\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl}précipité blanc, insoluble
Exemple — tester deux eaux
  1. eau distillée + nitrate d'argent : rien ne se forme, la solution reste limpide
  2. doncl'eau distillée ne contient pas d'ions chlorure
  3. eau de mer + nitrate d'argent : un précipité blanc apparaît aussitôt
  4. doncl'eau de mer contient des ions chlorure Cl−\text{Cl}^-

5.2  Test des ions cuivre II

Méthode — solution de soude

On verse quelques gouttes de soude (hydroxyde de sodium), NaOH\text{NaOH}, dans la solution à tester.

Propriété

Si un précipité bleu apparaît, la solution contient des ions cuivre II Cu2+\text{Cu}^{2+}.

  1. Cu2++2OH−→Cu(OH)2\text{Cu}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Cu(OH)}_2précipité bleu
Exemple — une solution de sulfate de cuivre

On verse de la soude dans une solution bleue de sulfate de cuivre. Un précipité bleu, plus foncé que la solution, se forme aussitôt et tombe au fond du tube : la solution contenait bien des ions Cu2+\text{Cu}^{2+}, ce que confirme le test.

5.3  Test des ions fer II et fer III

Propriété

Avec la même soude NaOH\text{NaOH} : un précipité vert signale des ions fer II Fe2+\text{Fe}^{2+} ; un précipité rouille (orangé) signale des ions fer III Fe3+\text{Fe}^{3+}.

  1. Fe2++2OH−→Fe(OH)2\text{Fe}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_2précipité vert
  2. Fe3++3OH−→Fe(OH)3\text{Fe}^{3+} + 3\text{OH}^- \rightarrow \text{Fe(OH)}_3précipité rouille, orangé
Attention

Ne confonds pas fer II (précipité vert) et fer III (précipité rouille). Un même clou en fer rouillé, plongé dans l'acide puis testé, peut révéler les deux ions selon son état.

Exemple — deux tubes rouillés
  1. tube A + soude : précipité vert
  2. donctube A contient des ions fer II Fe2+\text{Fe}^{2+}
  3. tube B + soude : précipité rouille, orangé
  4. donctube B contient des ions fer III Fe3+\text{Fe}^{3+}
Tubes des tests d'ions : la couleur du précipité Cl⁻ Cu²⁺ Fe²⁺ Fe³⁺ + AgNO₃ + NaOH + NaOH + NaOH blanc bleu vert rouille ion chlorure ion cuivre II ion fer II ion fer III
Figure 5 — Les précipités colorés des quatre premiers tests d'ions : blanc, bleu, vert, rouille.
Chimie & Co — Le nitrate d'argent et les débuts de la photographie

Le précipité blanc de chlorure d'argent a une propriété étrange : exposé à la lumière, il noircit lentement. Au début du XIXe siècle, des inventeurs comme Nicéphore Niépce puis Louis Daguerre exploitent ce noircissement pour fixer des images : c'est la naissance de la photographie, présentée officiellement à Paris en 1839. Le même précipité qui sert aujourd'hui à identifier un ion chlorure en classe a donc, il y a presque deux siècles, changé la façon dont l'humanité garde ses souvenirs en images.

5.4  Démarche d'identification d'un gaz ou d'une solution

Face à un gaz ou une solution inconnue, on applique les tests un par un, dans un ordre logique, jusqu'à obtenir un résultat positif. Le tableau ci-dessous résume tous les tests du chapitre.

Espèce à identifierTest / réactifRésultat positif
dioxygène O2\text{O}_2bûchette incandescentela flamme se ravive
dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2eau de chauxtrouble blanc laiteux
dihydrogène H2\text{H}_2flamme approchéedétonation (« pop »)
eau H2O\text{H}_2\text{O}sulfate de cuivre anhydrepoudre blanche → bleue
ion chlorure Cl−\text{Cl}^-nitrate d'argent AgNO3\text{AgNO}_3précipité blanc (noircit à la lumière)
ion cuivre II Cu2+\text{Cu}^{2+}soude NaOH\text{NaOH}précipité bleu
ion fer II Fe2+\text{Fe}^{2+}soude NaOH\text{NaOH}précipité vert
ion fer III Fe3+\text{Fe}^{3+}soude NaOH\text{NaOH}précipité rouille (orangé)
Gaz inconnu à identifier Approcher une bûchette incandescente rien ne se passe flamme vive relancée → DIOXYGÈNE (O₂) Approcher une flamme (allumette) pas de détonation « pop » sec (aboiement) → DIHYDROGÈNE (H₂) Faire buller dans l'eau de chaux limpide reste limpide trouble blanc laiteux → DIOXYDE DE CARBONE aucun de ces trois résultats ? souvent le diazote N2\text{N}_2, inodore et incolore
Figure 6 — Organigramme d'identification d'un gaz inconnu à l'aide des trois premiers tests du chapitre.
Exemple — identifier un gaz inconnu, étape par étape

On dispose d'un tube contenant un gaz inconnu. On applique la démarche de l'organigramme, dans l'ordre.

  1. bûchette incandescente approchée : rien ne se passe
  2. doncce n'est pas du dioxygène
  3. flamme approchée : aucune détonation
  4. doncce n'est pas du dihydrogène
  5. gaz mis à buller dans l'eau de chaux : elle se trouble en blanc laiteux
  6. doncle gaz est du dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2
Attention

Un seul test positif suffit à conclure. Mais des tests négatifs ne suffisent pas toujours à eux seuls : si aucun des tests connus ne répond, le gaz peut être un gaz encore non étudié, comme le diazote N2\text{N}_2, qui compose environ quatre cinquièmes de l'air et ne réagit à aucun des trois tests ci-dessus.

Fiche mémo

  • Dioxygène O2\text{O}_2 : bûchette incandescente → la flamme se ravive (gaz comburant).
  • Dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2 : eau de chaux → se trouble en blanc laiteux (carbonate de calcium).
  • Dihydrogène H2\text{H}_2 : flamme approchée → détonation, un « pop » sec.
  • Eau H2O\text{H}_2\text{O} : sulfate de cuivre anhydre → la poudre blanche devient bleue.
  • Ion chlorure Cl−\text{Cl}^- : + nitrate d'argent AgNO3\text{AgNO}_3 → précipité blanc qui noircit à la lumière.
  • Ion cuivre II Cu2+\text{Cu}^{2+} : + soude NaOH\text{NaOH} → précipité bleu.
  • Ion fer II Fe2+\text{Fe}^{2+} : + soude → précipité vert. Ion fer III Fe3+\text{Fe}^{3+} : + soude → précipité rouille.
  • Un précipité est un solide qui apparaît dans une solution et ne s'y dissout pas.
  • Comburant (entretient la combustion, ex. O2\text{O}_2) est différent de combustible (brûle, ex. bois, gaz de cuisine).
  • Un seul résultat positif suffit à conclure ; en cas de doute, on croise plusieurs tests.
  • Sécurité : petites quantités de gaz, flamme jamais plongée dans le tube, distance de sécurité pour le dihydrogène.

6Exercices corrigés

Niveau 1 — Application directe
1

Décris précisément le test de reconnaissance du dioxygène : le matériel utilisé, le geste à réaliser, et le résultat qui prouve la présence de dioxygène.

Voir le corrigé détaillé

On allume une allumette en bois, on la laisse brûler quelques secondes puis on souffle la flamme : il reste une braise rouge, la bûchette est incandescente. On plonge cette bûchette dans le tube contenant le gaz à tester.

Résultat positif : la flamme repart aussitôt, vive et crépitante. C'est la preuve que le gaz testé est du dioxygène O2\text{O}_2, un gaz comburant.

2

On fait buller un gaz dans un tube d'eau de chaux limpide : elle se trouble en blanc laiteux. Quel est ce gaz ? Écris l'équation de la réaction.

Voir le corrigé détaillé
  1. l'eau de chaux se trouble en blanc laiteux
  2. doncle gaz est du dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2
  3. équationCO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}
3

Décris le test de reconnaissance du dihydrogène : comment le réalise-t-on, quel est le résultat positif, et quelle précaution de sécurité faut-il prendre ?

Voir le corrigé détaillé

On approche rapidement une flamme (allumette) de l'ouverture du tube contenant le gaz, sans la plonger à l'intérieur.

Résultat positif : une détonation, un bruit sec comme un « aboiement », se produit. C'est la preuve que le gaz est du dihydrogène H2\text{H}_2.

Sécurité : on ne teste qu'une petite quantité de gaz, à distance de sécurité, car un grand volume de dihydrogène donnerait une véritable explosion.

4

On dépose quelques gouttes d'un liquide inconnu sur de la poudre blanche de sulfate de cuivre anhydre. La poudre devient bleue. Que peut-on conclure ? Que se serait-il passé si le liquide n'avait pas contenu d'eau ?

Voir le corrigé détaillé

La poudre blanche est devenue bleue : le liquide testé contient de l'eau. Si le liquide n'avait contenu aucune trace d'eau (comme de l'huile pure), la poudre serait restée blanche, aucun changement de couleur n'aurait été observé.

5

Associe chaque ion à la couleur du précipité obtenu avec le réactif indiqué : ion chlorure (+ nitrate d'argent), ion cuivre II (+ soude), ion fer II (+ soude), ion fer III (+ soude).

Voir le corrigé détaillé
IonRéactifCouleur du précipité
Cl−\text{Cl}^-AgNO3\text{AgNO}_3blanc (noircit à la lumière)
Cu2+\text{Cu}^{2+}NaOH\text{NaOH}bleu
Fe2+\text{Fe}^{2+}NaOH\text{NaOH}vert
Fe3+\text{Fe}^{3+}NaOH\text{NaOH}rouille (orangé)
Niveau 2 — Approfondissement
6

Un élève approche une bûchette incandescente d'un tube : une petite étincelle brève apparaît, puis plus rien. Peut-il conclure que le gaz est du dioxygène ? Que doit-il faire ?

Voir le corrigé détaillé
  1. une étincelle brève n'est pas une flamme vive et durable
  2. doncle résultat n'est pas concluant : il ne prouve pas la présence de dioxygène
  3. conclusionl'élève doit refaire le test, avec une bûchette bien incandescente, avant de conclure
7

On propose l'équation non ajustée H2+O2→H2O\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} pour la combustion du dihydrogène. Vérifie si elle est ajustée, puis ajuste-la si nécessaire.

Voir le corrigé détaillé
  1. à gauche : 2 atomes d'hydrogène, 2 atomes d'oxygène
  2. à droite : 2 atomes d'hydrogène, 1 atome d'oxygène
  3. doncl'équation n'est pas ajustée : il manque un atome d'oxygène à droite
  4. on ajuste2H2+O2→2H2O2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}4 atomes d'hydrogène et 2 d'oxygène de chaque côté
8

Deux solutions reçoivent quelques gouttes de soude : la solution A donne un précipité vert, la solution B donne un précipité rouille. Identifie l'ion présent dans chaque solution, en justifiant avec le cours.

Voir le corrigé détaillé
  1. solution A + soude : précipité vert
  2. doncsolution A contient des ions fer II Fe2+\text{Fe}^{2+}le précipité vert est caractéristique de Fe2+\text{Fe}^{2+}
  3. solution B + soude : précipité rouille (orangé)
  4. doncsolution B contient des ions fer III Fe3+\text{Fe}^{3+}le précipité rouille est caractéristique de Fe3+\text{Fe}^{3+}
9

Observe la figure ci-dessous, réalisée après un test sur un gaz inconnu. Identifie ce gaz et justifie ta réponse en une phrase.

Gaz inconnu : test de la bûchette incandescente la flamme repart, vive, dès que la bûchette touche le gaz
Figure 7 — Résultat observé lors d'un test sur un gaz inconnu.
Voir le corrigé détaillé

La flamme repart, vive, dès que la bûchette incandescente touche le gaz : c'est exactement le résultat positif du test du dioxygène. Le gaz est donc du dioxygène O2\text{O}_2.

Niveau 3 — Défi
10

Un tube contient un gaz inconnu. On réalise, dans l'ordre, trois tests : bûchette incandescente (rien ne se passe), flamme approchée (aucune détonation), passage dans l'eau de chaux (elle se trouble en blanc laiteux).

  1. Que peut-on éliminer après chacun des deux premiers tests ?
  2. Quel est le gaz testé ?
  3. Écris l'équation ajustée de la réaction observée lors du troisième test.
Voir le corrigé détaillé

1. Après le premier test (négatif), on élimine le dioxygène. Après le deuxième test (négatif), on élimine aussi le dihydrogène.

  1. bûchette incandescente : rien ne se passe
  2. doncce n'est pas du dioxygène
  3. flamme approchée : aucune détonation
  4. doncce n'est pas du dihydrogène

2. Le troisième test est positif : l'eau de chaux se trouble en blanc laiteux. Le gaz est donc du dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2.

3. Équation ajustée :

  1. CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}
11

On teste une solution inconnue. Avec le nitrate d'argent, un précipité blanc apparaît. Avec la soude, un précipité bleu apparaît.

  1. Quels ions sont présents dans la solution ?
  2. Écris les deux équations de réaction.
  3. Un camarade affirme que la solution contient aussi des ions fer III, car « il y avait un peu de rouille dans le becher ». A-t-il raison de conclure cela à partir des deux tests réalisés ? Justifie.
Voir le corrigé détaillé

1. Le précipité blanc avec le nitrate d'argent révèle des ions chlorure Cl−\text{Cl}^- ; le précipité bleu avec la soude révèle des ions cuivre II Cu2+\text{Cu}^{2+}.

  1. Ag++Cl−→AgCl\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl}
  2. Cu2++2OH−→Cu(OH)2\text{Cu}^{2+} + 2\text{OH}^- \rightarrow \text{Cu(OH)}_2

3. Non, il a tort. Aucun des deux tests réalisés ne concerne les ions fer (il aurait fallu un précipité vert ou rouille avec la soude, pas bleu). On ne peut conclure que sur les tests réellement effectués : la présence supposée de rouille n'est pas une preuve chimique.

12

Un élève veut tester un grand ballon rempli de dihydrogène en plongeant directement une flamme à l'intérieur.

  1. Pourquoi ce geste est-il dangereux ?
  2. Propose un protocole sûr pour réaliser ce test.
  3. Explique, équation à l'appui, pourquoi une détonation se produit.
Voir le corrigé détaillé

1. Un grand volume de dihydrogène mélangé à l'air forme un mélange détonant : en y plongeant une flamme, la combustion de tout le gaz est quasi instantanée, ce qui produit une explosion violente et dangereuse, et non un simple « pop ».

2. On ne teste qu'un petit tube de gaz, on approche la flamme seulement de l'ouverture du tube sans la plonger dedans, et on se tient à distance de sécurité, visage et vêtements éloignés.

3.

  1. 2H2+O2→2H2O2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}combustion très rapide du dihydrogène avec le dioxygène de l'air
  2. donccette combustion soudaine produit le bruit sec caractéristique de la détonation
Niveau 4 — Problèmes de vie courante
13

Une fuite suspecte à Dakar. Modou, plombier à Dakar, sent une odeur près d'une canalisation. Il recueille le gaz qui s'échappe dans un tube et réalise deux tests : la bûchette incandescente ne donne rien, mais l'eau de chaux se trouble en blanc laiteux. Un flacon d'eau de chaux coûte 1 500 F CFA et permet 25 tests.

  1. Quel gaz Modou a-t-il identifié ?
  2. Ce gaz est-il dangereux à respirer en grande quantité dans un espace fermé ?
  3. Modou réalise ce test sur 4 canalisations différentes cette semaine. Combien de flacons doit-il acheter, et pour quel coût ?
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1. L'eau de chaux se trouble en blanc laiteux : le gaz est du dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2.

2. Oui : en grande quantité dans un espace fermé, le dioxyde de carbone prend la place du dioxygène et peut provoquer un étouffement, même s'il n'est pas lui-même toxique.

3.

  1. 4 canalisations testées, un seul flacon suffit pour 25 tests
  2. doncModou n'a besoin que d'un seul flacon
  3. coût = 1 500 F CFA
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Contrôle de bouteilles à Ndjamena. Aïcha, soudeuse à Ndjamena, reçoit une livraison de 6 bouteilles de gaz censées contenir du dihydrogène. Elle teste un peu de gaz de chaque bouteille avec une flamme : 5 bouteilles détonent avec un « pop » net, la sixième ne fait aucun bruit particulier. Chaque bouteille coûte 12 000 F CFA.

  1. Quelles bouteilles Aïcha peut-elle utiliser en confiance pour souder ?
  2. Que peut-on dire du contenu de la sixième bouteille ?
  3. Si Aïcha renvoie la bouteille défectueuse et se fait rembourser, combien lui reste-t-il à payer sur sa commande initiale de 6 bouteilles ?
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1. Les 5 bouteilles qui détonent contiennent bien du dihydrogène : Aïcha peut les utiliser.

2. La sixième bouteille ne donne aucune détonation : ce n'est pas du dihydrogène, ou du moins pas du dihydrogène pur. Aïcha a raison de ne pas s'y fier.

3.

  1. 6 bouteilles commandées, 1 renvoyée et remboursée
  2. donc5 bouteilles restent à payer
  3. 5 × 12 000 F CFA
  4. =60 000 F CFA
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Contrôle de l'eau à Abidjan. Un technicien du service des eaux d'Abidjan teste des échantillons d'eau de puits pour détecter des ions indésirables. Pour chaque échantillon, il utilise 2 gouttes de nitrate d'argent (test du chlorure) et 2 gouttes de soude (test du fer). Un flacon de 100 mL de chaque réactif fournit environ 1 000 gouttes et coûte 4 000 F CFA le flacon.

  1. Combien d'échantillons peut-on tester avec un seul flacon de nitrate d'argent ?
  2. Pour tester 300 échantillons, combien de flacons de chaque réactif faut-il acheter ?
  3. Calcule le coût total des réactifs pour ces 300 échantillons.
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1.

  1. 1 000 gouttes disponibles, 2 gouttes par échantillon
  2. =1 000÷2=5001\,000 \div 2 = 500 échantillons

2.

  1. 300 échantillons à tester, un flacon permet 500 échantillons
  2. donc1 flacon de nitrate d'argent suffit, et 1 flacon de soude suffit
  3. soit 2 flacons au total (1 de chaque réactif)

3.

  1. 2 flacons × 4 000 F CFA
  2. =8 000 F CFA

📝 QCM de fin de leçon — 20 questions

Coche une réponse par question, puis clique sur « Vérifier mes réponses » : tu obtiens ta note sur 20 avec la correction détaillée de chaque question.

Pour tester la présence de dioxygène dans un tube, on utilise :

Explication : On plonge une bûchette incandescente (braise sans flamme) dans le gaz à tester. Si le gaz est du dioxygène, une flamme vive et crépitante repart aussitôt.

Le dioxygène est appelé un gaz comburant car il :

Explication : Un comburant entretient et active une combustion sans brûler lui-même. Le dioxygène est le comburant le plus courant, présent dans l'air.

Fatou approche une bûchette incandescente d'un tube de gaz : une flamme vive et crépitante repart aussitôt. Que peut-elle conclure ?

Explication : Une flamme qui repart, vive et crépitante, au contact du gaz testé, est le signe caractéristique du dioxygène.

Pour tester la présence de dioxyde de carbone, on fait buller le gaz dans :

Explication : On fait buller le gaz à tester dans l'eau de chaux, une solution limpide qui se trouble en présence de dioxyde de carbone.

Le test positif du dioxyde de carbone se manifeste par :

Explication : Si l'eau de chaux se trouble et devient blanche et laiteuse, le gaz testé est du dioxyde de carbone : il s'est formé un précipité de carbonate de calcium.

Idrissa fait buller un gaz dans l'eau de chaux, qui reste parfaitement limpide. Que peut-il en conclure ?

Explication : Si l'eau de chaux reste limpide après le passage du gaz, cela signifie que ce gaz n'est pas du dioxyde de carbone.

Pour tester la présence de dihydrogène, on approche une flamme de l'ouverture d'un tube. Un résultat positif se manifeste par :

Explication : Si on entend un bruit sec, comme un petit « aboiement », le gaz testé est du dihydrogène. Ce bruit vient de sa combustion très rapide avec le dioxygène de l'air.

Pourquoi le test du dihydrogène doit-il se faire avec une petite quantité de gaz et à distance de sécurité ?

Explication : Avec un grand volume de dihydrogène, la détonation devient une véritable explosion. On teste donc une petite quantité, flamme jamais plongée dans le tube, à distance de sécurité.

Le sulfate de cuivre anhydre est une poudre blanche qui permet de tester la présence de :

Explication : Le sulfate de cuivre anhydre est une poudre blanche qui devient bleue au contact de l'eau : c'est le test de reconnaissance de l'eau.

Aminata dépose des gouttes d'huile de cuisine sur de la poudre de sulfate de cuivre anhydre : la poudre reste blanche. Que peut-elle en conclure ?

Explication : La poudre reste blanche seulement en l'absence d'eau. L'huile, contrairement à la plupart des liquides du quotidien, ne contient pas d'eau.

Le test du sulfate de cuivre anhydre prouve-t-il qu'un liquide est de l'eau pure ?

Explication : Ce test prouve seulement la présence d'eau dans le liquide, pas sa pureté : un jus sucré ou de l'eau salée font aussi bleuir la poudre, car ils contiennent de l'eau.

Pour tester la présence d'ions chlorure Cl−\text{Cl}^- dans une solution, on verse quelques gouttes de :

Explication : On verse quelques gouttes de nitrate d'argent AgNO3\text{AgNO}_3 dans la solution à tester pour détecter les ions chlorure.

Un précipité blanc, qui noircit ensuite à la lumière, apparaît après ajout de nitrate d'argent dans une solution. Que contient cette solution ?

Explication : Si un précipité blanc apparaît, qui noircit ensuite à la lumière, la solution contient des ions chlorure Cl−\text{Cl}^-.

Pour distinguer des ions cuivre II, fer II et fer III dans une solution, on utilise le même réactif :

Explication : On verse de la soude NaOH\text{NaOH} dans la solution à tester : la couleur du précipité obtenu (bleu, vert ou rouille) indique quel ion est présent.

On verse de la soude dans une solution et un précipité bleu se forme. Cette solution contient :

Explication : Si un précipité bleu apparaît après ajout de soude, la solution contient des ions cuivre II Cu2+\text{Cu}^{2+}.

Un tube A traité à la soude donne un précipité vert ; un tube B donne un précipité rouille (orangé). Quels ions contiennent-ils ?

Explication : Un précipité vert signale des ions fer II Fe2+\text{Fe}^{2+} ; un précipité rouille (orangé) signale des ions fer III Fe3+\text{Fe}^{3+}. Il ne faut pas confondre les deux couleurs.

Un précipité est :

Explication : Un précipité est un solide qui apparaît brusquement dans une solution, à la suite d'une réaction, et qui ne s'y dissout pas : il trouble le liquide ou tombe au fond du tube.

Un mineur teste l'air d'une galerie avant d'y entrer avec une bûchette incandescente : la braise rougeoie faiblement, sans flamme franche. Que peut-il en conclure ?

Explication : Dans l'air ordinaire, la braise rougeoie un peu plus fort mais aucune flamme ne repart franchement, car l'air ne contient qu'environ un cinquième de dioxygène ; il faut une flamme vive pour un test positif de dioxygène pur.

Un technicien des eaux teste un échantillon : bûchette incandescente négative, eau de chaux qui reste limpide, mais une flamme approchée provoque un « pop » sec. Quel gaz a-t-il identifié ?

Explication : Le bruit sec (« pop ») à l'approche d'une flamme est la signature caractéristique du dihydrogène, qui se distingue du dioxygène (bûchette) et du dioxyde de carbone (eau de chaux).

Ne pas confondre comburant et combustible : lequel de ces exemples est un combustible ?

Explication : Le combustible est ce qui brûle (bois, gaz de cuisine, essence) ; le comburant est ce qui entretient la combustion sans brûler lui-même, comme le dioxygène.
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