Manuel de Laboratoire de Chimie : Concepts et Expériences

Module 4 : Phénomènes Physiques et Chimiques (I)

Caractéristiques du Bec Bunsen

Le bec Bunsen produit des flammes de différentes caractéristiques :

• Flamme peu calorifique (environ 700 °C) : flamme non aérée, de couleur jaune, lumineuse et silencieuse.
• Flamme à haute valeur calorifique (environ 1 200 °C) : flamme aérée, de couleur bleue, peu lumineuse et bruyante.

Séparation du Sel et du Sable

1. Ustensiles pour la séparation sel/sable

Voici une liste des ustensiles nécessaires pour réaliser la séparation des composants d'un mélange de sel et de sable :

• Cuillère-spatule
• Mortier
• Sonde
• Béchers de 250 ml
• Tige de verre
• Entonnoir standard
• Erlenmeyer
• Capsule de porcelaine
• Support universel avec sa base
• Pince à noix et support
• Pissette (bouteille de lavage)
• Toile métallique amiantée
• Briquet

2. Protocole de séparation sel/sable

Voici les étapes pour séparer les composants d'un mélange de sel et de sable :

1. Prendre deux cuillères à soupe de sel et deux de sable.
2. Placer le mélange dans un mortier et le broyer ou l'écraser pour l'homogénéiser.
3. Prendre un bécher et le remplir avec 60 ml d'eau.
4. Ajouter le mélange au bécher contenant 40 ml d'eau et commencer à dissoudre.
5. Agiter le mélange.
6. Placer un entonnoir avec un papier filtre dans un erlenmeyer et commencer la filtration.
7. Les grains de sable, ayant un diamètre supérieur aux pores du papier, resteront sur le filtre, tandis que le sel dissous passera à travers.
8. La solution saline sera recueillie dans l'erlenmeyer.
9. Laisser sécher le sable retenu sur le filtre.
10. Transférer la solution saline dans une capsule de porcelaine.
11. Placer la capsule de porcelaine contenant la solution saline sur une toile métallique amiantée et chauffer.
12. L'eau s'évaporera, laissant le sel dans la capsule de porcelaine.

3. Perte de sel par projection : signification

Dans la pratique de la séparation des composants d'un mélange de sel et de sable, on peut observer une perte de sel par projection. Cela signifie que lorsqu'il n'y a plus d'eau à chauffer, le sel commence à projeter hors de la capsule de porcelaine, produisant un crépitement similaire à celui du bois qui brûle.

4. Préparation du papier filtre

Pour préparer le papier filtre avant de le placer dans l'entonnoir lors d'une filtration simple :

1. L'humidifier (avec quelques gouttes d'eau).
2. Le presser contre les parois de l'entonnoir pour qu'il adhère et prenne une forme conique.

Cristallisation du Sulfate de Cuivre

7. Formule du sulfate de cuivre pentahydraté

La formule du sulfate de cuivre pentahydraté est : CuSO₄.5H₂O

8. Forme des cristaux de sulfate de cuivre

La forme des faces des cristaux de sulfate de cuivre pentahydraté est rhomboïdale.

9. Utilisation importante du CuSO4

Une utilisation importante du CuSO₄ est pour éliminer les champignons dans les champs (fongicide).

11. Protocole de cristallisation du sulfate de cuivre

Voici les étapes pour la cristallisation du sulfate de cuivre :

1. Placer le sulfate de cuivre dans un mortier.
2. Le fragmenter le plus finement possible.
3. Remplir un bécher avec 500 ml d'eau.
4. Chauffer l'eau dans le bécher et ajouter le sulfate de cuivre.
5. La solution prend une coloration bleu intense et le thermomètre atteint 75 °C.
6. Procéder à la filtration.
7. Laisser reposer pendant 2 ou 3 semaines pour permettre la cristallisation.

12. Sulfate de cuivre hydraté vs anhydre

Visuellement, le sulfate de cuivre anhydre est de couleur blanche. Cependant, lorsqu'il cristallise à partir de solutions aqueuses, il forme un solide de couleur bleue (CuSO₄.5H₂O), intégrant des molécules d'eau dans sa structure cristalline.

13. Définition d'un hydrate

Un hydrate est un composé solide ayant incorporé des molécules d'eau dans sa structure.

14. Exemples d'hydrates et leurs noms

Deux exemples d'hydrates et leurs noms :

• Sulfate de cuivre pentahydraté : CuSO₄.5H₂O
• Chlorure ferrique hexahydraté : FeCl₃.6H₂O

31. Loi de Mitscherlich

La loi de Mitscherlich stipule que les composés isomorphiques (ou isoformes) ont une composition chimique similaire et cristallisent dans la même forme.

32. Définition des isoformes

Les isoformes sont des substances chimiques différentes, mais de structure similaire, qui peuvent cristalliser dans la même forme cristalline, avec des angles interfacials et des rapports axiaux qui ne diffèrent pas significativement.

Module 4 : Phénomènes Physiques et Chimiques (II) : Le Verre

1. Le verre : pourquoi pas un solide ?

Le verre n'est pas décrit comme un matériau à l'état solide car il n'a pas de point de fusion défini. Lorsqu'on lui fournit de la chaleur, il devient plastique. Le verre chauffé est un liquide visqueux.

2. Secret d'un travail réussi avec le verre

Le secret d'un travail fructueux avec le verre est de le chauffer suffisamment.

3. Précautions avec le verre chaud

La principale précaution à prendre lors de la manipulation du verre chaud est qu'il est difficile de distinguer visuellement le verre froid du verre chaud, ce qui peut entraîner des brûlures.

4. Couper un tube de verre : utilisation de la lime

Pour couper un tube de verre en utilisant une lime triangulaire : le tube de verre est posé sur la table et tenu fermement avec la main gauche (si vous êtes droitier). Avec la main droite, faire une entaille transversale avec la lime. Cette entaille ne doit pas faire le tour complet du tube.

5. Mouvement de la lime pour une entaille

Pour faire une entaille dans un tube de verre en utilisant une lime, la lime ne doit pas être utilisée comme une balançoire (mouvement de va-et-vient) ; l'entaille doit être faite dans un seul sens, sinon le verre pourrait se briser.

6. Position des mains pour casser le tube

Une fois l'entaille faite dans un tube de verre, pour le casser, placer les deux pouces sur le côté opposé à l'entaille, et le reste des doigts tenant le tube.

7. Sens d'application des forces sur le tube

Les forces doivent être appliquées sur un tube de verre comme si vous vouliez plier le tube, en laissant l'entaille sur le côté convexe.

8. Que faire si le tube ne se casse pas ?

Si le tube ne se casse pas en appliquant une force modérée, reprendre la lime et approfondir le sillon de l'entaille, sans forcer le verre.

9. Comment couper un tube de verre ?

Pour savoir comment couper un tube de verre, se référer aux étapes décrites dans les questions 4 à 8.

10. Qu'est-ce que le rodage des bords du verre ?

Le rodage des bords (ou polissage à la flamme) consiste à chauffer l'extrémité du verre fraîchement coupé avec un bec Bunsen afin d'arrondir les bords.

11. Pourquoi chauffer soigneusement les bords ?

Il faut appliquer soigneusement la chaleur à l'extrémité du tube fraîchement coupé pour roder les bords, parce que sinon, l'extrémité du tube, une fois chaude, pourrait commencer à se fermer et à modifier son diamètre.

12. Utilité du rodage des bords

Le rodage des bords est important pour plusieurs raisons :

• Pour éviter que la personne manipulant le verre ne se coupe.
• Pour éviter que le tube de verre n'endommage les bouchons en caoutchouc lors d'un montage, ou ne se coince.

13. Chauffage du tube : rotation nécessaire

Les opérations de rodage des bords, d'étirement ou de pliage d'un tube exigent l'application de chaleur. Pendant que le tube est chauffé, il faut le faire tourner.

14. Comment plier un tube de verre ?

Pour plier un tube de verre, chauffer non pas un seul point du tube, mais une zone d'environ 3 cm. Tirer ensuite sur les extrémités pour obtenir l'angle désiré.

15. Indices pour plier un tube de verre

Les faits qui indiquent que la situation est favorable pour procéder à plier un tube de verre par application de chaleur sont :

• La flamme devient jaune au contact du verre chaud.
• Le tube commence à s'affaisser dans la zone chauffée.

16. Comment étirer un tube de verre ?

Pour étirer un tube de verre, chauffer le tube sur une zone d'environ 3 cm, puis tirer sur les extrémités jusqu'à ce que la zone chauffée devienne de plus en plus étroite et allongée. Une zone étroite se formera, appelée « compte-gouttes ». Si le rétrécissement est très fin, on parle de « cheveux fins ».

Détermination du Point de Fusion

17. Qu'est-ce qu'une formule chimique ?

Une formule chimique est une manière d'exprimer la composition d'une substance.

18. Formule condensée du p-dichlorobenzène

La formule condensée du p-dichlorobenzène est : C₆H₄Cl₂. La formule condensée indique la composition de la substance.

19. Paradichlorobenzène : nom et formule

Le paradichlorobenzène est également nommé 1,4-dichlorobenzène. La formule structurale (ou développée) montre l'arrangement des atomes dans la molécule.

20. Propriétés du p-dichlorobenzène

Propriétés du p-dichlorobenzène :

• C'est une substance blanche.
• Peut être utilisé comme insecticide.

21. Immersion du tube dans l'eau (point de fusion)

Dans la détermination du point de fusion du p-dichlorobenzène, il n'est pas important que le tube de produit soit complètement immergé dans l'eau parce qu'il ne se dissout pas dans l'eau.

22. Valeur du point de fusion obtenue

Dans la détermination du point de fusion du p-dichlorobenzène, la valeur obtenue dans le groupe était de 62 °C.

Réaction Acide Chlorhydrique et Ammoniac

23. Principe des vases communicants

Dans le cas n°1, de l'eau est versée uniquement dans le récipient A, avec le robinet fermé. Seul le récipient A est rempli, le B reste vide.

Dans le cas n°2, l'eau est versée dans le récipient A, mais cette fois avec le robinet ouvert, permettant à l'eau de s'écouler dans le récipient B. L'eau atteint alors la même hauteur dans les deux récipients.

24. Distinction des pipettes utilisées

Dans la pratique de la réaction de l'acide chlorhydrique et de l'ammoniac, des pipettes ont été utilisées. Elles ont été distinguées en associant une couleur de pipette à chaque substance.

25. Prélèvement d'échantillons sans risque

Dans la pratique de la réaction entre l'acide chlorhydrique et l'ammoniac, pour obtenir des échantillons de ces deux substances sans aucun risque :

• Pour le HCl : Utiliser une pipette.
• Pour le NH₃ : Utiliser une pipette.

Il est essentiel de distinguer clairement les récipients de chaque substance.

26. Équation chimique HCl + NH3

L'acide chlorhydrique (HCl) réagit avec l'ammoniac (NH₃) pour donner du chlorure d'ammonium (NH₄Cl), une substance blanche. L'équation chimique de cette réaction est :

HCl + NH₃ → NH₄Cl

27. Calcul des masses moléculaires

La masse moléculaire d'une substance est calculée en additionnant les masses atomiques des éléments chimiques qui la composent. Sachant que les masses atomiques de l'hydrogène, du chlore et de l'azote sont respectivement 1, 35,5 et 14, voici les masses moléculaires :

• Masse moléculaire HCl : 1 + 35,5 = 36,5
• Masse moléculaire NH₃ : 14 + (1 × 3) = 17
• Masse moléculaire NH₄Cl : 14 + (1 × 4) + 35,5 = 53,5

28. Calcul de la masse moléculaire

La masse moléculaire d'une substance se calcule en additionnant les masses atomiques des éléments chimiques qui la composent.

29. Définition et masse d'une mole

Une molécule-gramme ou mole d'une substance est une quantité de grammes d'une substance numériquement égale à sa masse moléculaire. Combien pèse une mole de...?

• a) HCl : 36,5 g
• b) NH₃ : 17 g
• c) NH₄Cl : 53,5 g

30. Qu'est-ce qu'une molécule-gramme ou mole ?

Une molécule-gramme ou mole d'une substance est une quantité de grammes d'une substance numériquement égale à sa masse moléculaire.

32. Stoechiométrie de la réaction HCl + NH3

La stoechiométrie décrit les proportions des substances dans une réaction. Pour la réaction entre l'acide chlorhydrique et l'ammoniac :

36,5 g d'acide chlorhydrique réagissent avec 17 g d'ammoniac pour donner 53,5 g de chlorure d'ammonium.

33. Formation de l'anneau blanc

Dans la réaction de l'acide chlorhydrique avec l'ammoniac, un anneau blanc de chlorure d'ammonium se forme plus près du papier imprégné d'acide chlorhydrique que de celui imprégné d'ammoniac. Cela s'explique par le fait que les molécules d'acide chlorhydrique sont plus lourdes que celles d'ammoniac et se déplacent donc plus lentement.

34. Vitesse de diffusion des molécules

Les molécules d'ammoniac se déplacent plus vite que celles d'acide chlorhydrique. De combien ? Comment déterminer la valeur du rapport V_ammoniac / V_{acide chlorhydrique} ?

35. Calculs mathématiques de la pratique

Les calculs mathématiques effectués lors de la pratique de la réaction de l'acide chlorhydrique avec l'ammoniac sont ceux vus dans les calculs précédents (questions 27 à 32).

Réaction Acide Chlorhydrique avec Métaux

36. Effet de l'eau sur les réactions

Dans les réactions de l'acide chlorhydrique avec les métaux, l'ajout d'eau dans les tubes contenant les métaux réduit la concentration de l'acide (dilution), et l'hydrogène produit sera visible sous forme de bulles.

37. Métaux réagissant avec HCl

Dans la pratique, les métaux suivants réagissent avec l'acide chlorhydrique :

• Zinc
• Aluminium
• Fer

38. Équations chimiques des réactions

Voici les équations chimiques des métaux réagissant avec l'acide chlorhydrique :

• Zinc : Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
• Aluminium : 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂
• Fer : Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

39. Métaux ne réagissant pas avec HCl

Dans la pratique, les métaux suivants n'ont pas réagi avec l'acide chlorhydrique :

• Plomb
• Cuivre

40. Définition des réactions exothermiques

Les réactions exothermiques sont celles au cours desquelles de la chaleur est libérée.

41. Réactions exothermiques avec HCl et métaux

Oui, certaines des réactions de l'acide chlorhydrique avec les métaux peuvent être classées comme exothermiques. Ce sont celles avec le zinc, l'aluminium et le fer.

L'Acide Chlorhydrique

48. Relation HCl et chlorure d'hydrogène

Le chlorure d'hydrogène (HCl) est un gaz. L'acide chlorhydrique est la solution aqueuse de ce gaz.