Test d’identification d’ion par précipitation

1. Résumé
2. Utilité
3. Principe d’un test d’identification d’ion par précipitation
4. Le réactif
5. Le précipité
6. Comment réaliser un test
7. Interpréter un test
8. Ecrire l’équation de réaction
9. Les tests à connaître en seconde
10. D’autres tests

Résumé

Un test d’identification d’ion par précipitation permet de vérifier la présence d’un ion donné en solution aqueuse.

Il met en jeu une réaction de précipitation impliquant l’ion testé et un autre ion (de signe opposé) avec lequel il forme un composé de faible solubilité.

Ce type de test se réalise en ajoutant dans un échantillon de solution à analyser quelques gouttes d’une solution ionique concentrée appelée “réactif”.

Si l’ion recherché est bien présent alors l’un des ions du “réactif” réagit avec lui pour former un composé solide appelé “précipité” dont il est nécessaire de connaitre la couleur pour interpréter le résultat du test:

• si l’ajout de réactif conduit à la formation d’un précipité dont la couleur est celle prévue alors le test est positif
• si l’ajout de réactif ne provoque pas la formation de précipité ou s’il y a un précipité de la mauvaise couleur alors le test est négatif.

Utilité

Il s’agit d’une technique d’analyse simple à mettre en oeuvre et à interpréter qui permet de vérifier la présence d’un ion donné dans une solution aqueuse. Il est possible soit:

• d’analyser la composition ionique d’une solution aqueuse totalement inconnue en réalisant une série des tests.
• de réaliser un test spécifique à un ion donné lorsque sa présence est possible mais nécessite une confirmation.

Remarques

• Il est aussi possible d’utiliser ces tests afin de déterminer la composition d’un solide ionique. Il suffit d’en dissoudre un échantillon puis de procéder à l’analyse de la solution obtenue.
• Il existe d’autre techniques permettant de d’identifier les ions dissous dans une solution: test de flamme, test de complexation, spectrophotométrie…etc
• S’il existe un doute sur la nature ionique du soluté alors il peut être judicieux de vérifier la conductivité de la solution (une très faible conductivité indique que la solution est de type moléculaire tandis qu’une conductivité élevée est signe de la présence d’ions.

Principe d’un test d’identification d’ion par précipitation

Ce test met à profit la faible solubilité d’un l’ion donné en présence d’un autre ion que l’on utilise au sein d’un “réactif”. Lorsque ce réactif est ajouté en très faible quantité (quelques gouttes) le seuil solubilité est rapidement dépassé et il se produit une réaction de précipitation qui conduit à la formation d’un solide (un “précipité”) facilement observable et d’une couleur précise.

Pour réaliser un test d’identification par précipitation il faut donc savoir quel est le réactif adapté à l’ion recherché et quelle est la couleur du précipité que l’on est alors censé obtenir.

Le réactif

Le réactif est une solution ionique dont l’un des ions est censé provoquer une réaction de précipitation en présence de l’ion recherché:

• Si l’ion testé est un cation alors il précipite avec l’anion du réactif
• Inversement, si l’ion testé est un anion alors il précipite avec le cation du réactif.

Il est en général ajouté en très faible quantité à la solution testée (quelques gouttes suffisent).

Les réactifs les plus fréquents sont:

• La solution d’hydroxyde de sodium (aussi appelé soude) qui contient des ions sodium Na⁺ et d’ions hydroxyde de formule OH^–. C’est ce dernier qui est censé intervenir dans la réaction de précipitation.
• La solution de nitrate d’argent constituée d’ions nitrate NO₃^– et d’ions argent Ag⁺. C’est dernier qui intervient dans la réaction de précipitation.

Le précipité

Le précipité est un solide mou qui ressemble à de la gélatine en raison de sa structure: il est constitué de particules en suspension dans l’eau.

Un précipité:

• est toujours électriquement neutre
• est formé par l’association d’un cation et d’un anion.
• possède une couleur qui dépend de ses constituants.

Le nom et la formule du précipité peuvent être déterminés à partir des ions qui réagissent pour le former:

• Son nom est obtenu par combinaison des noms du cation et de l’anion qui le forment. Par exemple si l’ion fer III réagit avec l’ion hydroxyde (présent dans la soude) alors le précipité est de l’hydroxyde de fer III.
• Sa formule peut être déterminée à partir de des formules des ions qui réagissent et en tenant compte de sa neutralité électrique. Cette dernière implique que la charge négative totale des anions est obligatoirement compensée par la charge positive totale des cation. Par exemple l’hydroxyde de fer III est constitué d’ions hydroxyde OH^– et d’ions fer III fe³⁺ par conséquent chaque fe³⁺ (3 charges positives) doit s’associer à 3 ions hydroxyde qui a eux trois possèdent un totale de 3 charges négatives. La formule de l’hydroxyde de fer III est donc Fe(OH)₃.

Comment réaliser un test ?

Un test d’identification d’ion est toujours réalisé en suivant ce protocole:

• Prélever une petite quantité de la solution à tester (à l’aide d’une pipette pasteur par exemple)
• Placer cet échantillon de solution dans un tube à essais
• Dans ce tube à essais ajoute quelques goutte du réactif adapté
• Observer le résultat: vérifier la présence de précipité ainsi que sa couleur.

Interpréter un test

Trois situations peuvent se présenter:

• S’il se forme un précipité ayant la couleur prévue alors le test est positif, on peut conclure que l’ion recherché est bien présent dans la solution (à moins que le réactif ne puisse former un précipité de même couleur avec d’autres ions, dans ce cas un test complémentaire est nécessaire.)
• S’il ne se forme aucun précipité alors le test est négatif, l’ion recherché est absent de la solution (ou alors sa concentration est si faible qu’il n’y pas précipitation)
• Sil se forme un précipité d’une couleur différente de celle prévue alors ce test mets en évidence la présence d’un autre ion. L’ion recherché peut être totalement absent à moins que son précipité ne soit masqué par celui de l’autre ion.

Remarque

Si malgré des indices qui laissent prévoir la présence d’un ion son test est négatif alors il ce test peut à nouveau être tenté dans des conditions plus favorables:

• En ajoutant quelques goutte supplémentaire de réactif
• En utilisant un réactif plus concentré
• En vaporisant une partie du solvant de l’échantillon prélevé afin d’augmenter concentration de l’ion recherché.

Ecrire l’équation de la réaction de précipitation

Comme pour n’importe quelle équation de réaction son écriture implique:

• de connaître le nom des réactifs et des produits.
• de connaître la formule chimique des réactifs et des produits.
• le respect de la conservation de la matière.
• le respect de la conservation de la charge électrique.

On peut choisir d’écrire l’équation de réaction complète mais en général, dans un soucis de clarté, on mentionne pas les ions dits spectateurs (qui ne subissent pas transformation chimique) dans ce cas:

• Les réactifs sont l’ion testé et l’un des ions du réactif (celui dont la charge est de signe opposée à celle de l’ion testé). Dans le cas d’un test avec l’hydroxyde de sodium (la soude) il s’agit de l’ion hydroxyde, lors d’un test avec du nitrate d’argent il s’agit de l’ion argent.
• Le produit est le précipité qui combine les cations et les anions réactifs tels qu’il soit toujours globalement neutre.

Exemple d’équation de réaction: précipitation des ions fer III

Les réactifs

Le test des ions fer III (de formule Fe³⁺) se réalise en ajoutant quelques gouttes d’hydroxyde de sodium, une solution qui contient les ions hydroxyde (HO^–) et des ions sodium (Na⁺).

Les réactifs sont donc les ions testés à savoir les ion fer III. Puisque ce sont des cations la précipitation se réalise grâce aux anions présents dans la soude à savoir les ions hydroxyde.

Conclusion les réactifs sont l’ion fer III (Fe³⁺) et l’ion hydroxyde (OH^–)

Le produit

Puisque les ion fer III réagissent avec les ions hydroxydes, il se forme donc un précipité d’hydroxyde de fer III. Ce précipité est neutre par conséquent les trois charges positives de Fe³⁺ doivent être compensées par trois charges négatives correspondant à trois ions hydroxyde.

Conclusion, le produit est le précipité d’hydroxyde de fer III de formule Fe(OH)₃ qui combine un ion fer III à trois ions hydroxyde

Ecriture de l’équation de réaction

• Etape n°1 indiquer uniquement les formules: Fe³⁺ + OH^– → Fe(OH)₃
• Etape n°2 préciser l’état de chaque espèce chimique: Fe³⁺(aq) + OH^–(aq) → Fe(OH)₃(s)

Rappel (aq) désigne une espèce dissoute et (s) un solide

• Etape n°3 Equilibrer la matière: Fe³⁺(aq) + 3 OH^–(aq) → Fe(OH)₃(s)

Remarque: l’équilibrage de la matière doit conduire à une équation qui respecte la conservation de la charge totale qui ici est neutre. Si ce n’est pas cas il y forcément une erreur au niveau des formule ou des coefficients.

Les tests à connaître en seconde

Les ions métalliques

– Test de l’ion cuivre Cu²⁺ – réactif: soude – Couleur du précipité bleu – Equation: Cu²⁺(aq) + 2 OH^–(aq) → Cu(OH)₂(s)

– Test de lion fer II Fe²⁺ – réactif: soude – Couleur du précipité: vert foncé – Equation: Fe²⁺(aq) + 2 OH^–(aq) → Fe(OH)₂(s)

– Test de l’ion fer III Fe³⁺ – réactif: soude – Couleur du précipité: rouge orangé – Equation: Fe³⁺(aq) + 3 OH^–(aq) → Fe(OH)₃(s)

Les ions halogénures

– Test de l’ion chlorure Cl^– – réactif: nitrate d’argent – Couleur du précipité: blanc – Equation: Cl^–(aq) + Ag⁺(aq) → AgCl(s)

– Test de l’ion bromure Br^– – réactif: nitrate d’argent – Couleur du précipité: jaune très pale – Equation: Br^–(aq) + Ag⁺(aq) → AgBr(s)

– Test de l’ion iodure I^– – réactif: nitrate d’argent – Couleur du précipité: jaune – Equation: I^–(aq) + Ag⁺(aq) → AgI(s)

Autres

Test de l’ion calcium Ca²⁺ – réactif: oxalate d’ammonium – Couleur du précipité: blanc – Equation: Ca²⁺(aq) + C₂O₄^2-(aq) → CaC₂O₄(s)

D’autres tests d’ion par précipitation

Voir liste des tests d’ion par précipitation