Lire une équation qui contient des ions et repérer les ions spectateurs ; vérifier qu’elle conserve les atomes et la charge ; l’ajuster ; lire ses coefficients pour compter les ions qui réagissent ; faire un bilan de masse.
À propos de cette page
Cinq problèmes corrigés : les phosphates retirés d’une eau usée, le tartre d’un chauffe-eau, une plaque de cuivre noircie trempée dans l’acide, l’argent récupéré des restes du laboratoire et la « pluie d’or » de l’iodure de plomb.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je liste les ions de chaque solution et je repère ce qui se forme : précipité, gaz, dépôt de métal.
J’écris l’équation avec les seules espèces qui réagissent et je l’ajuste : atomes d’abord, charge ensuite.
Je relève les données avec leurs unités (g, mL, L) et la donnée de référence de l’énoncé.
Pour un nombre d’ions, j’utilise les coefficients ; pour une masse, la proportionnalité avec la donnée de référence ; je repère le réactif épuisé.
Je conclus avec le vocabulaire du cours (spectateur, précipité, charge, réactif épuisé) et je vérifie l’ordre de grandeur.
Problème 1 · Retirer les phosphates d’une eau usée★★★Facile
Dans certaines stations d’épuration, on retire les ions phosphate PO₄³⁻ des eaux usées en y ajoutant une solution de chlorure de fer (III) (Fe³⁺ + 3 Cl⁻). Il se forme un solide, le phosphate de fer FePO₄, qui se dépose avec les boues au fond des bassins : Fe³⁺ + PO₄³⁻ → FePO₄.
1. Ion du réactif qui réagit avec les ions phosphate (formule) :
L’ion fer (III) Fe³⁺, à gauche de la flèche avec PO₄³⁻.
2. Ion spectateur apporté par ce réactif (formule) :
Les ions chlorure Cl⁻ ne figurent pas dans l’équation.
3. Charge totale à gauche de l’équation :
+3 et −3 : 0, comme le solide FePO₄ à droite.
4. Le phosphate de fer FePO₄ est un (atome, molécule, ion ou solide ionique).
Un solide ionique, écrit sans charge.
5. Nombre d’ions Fe³⁺ nécessaires pour retirer 5 000 ions phosphate :
Un ion Fe³⁺ pour un ion PO₄³⁻ : 5 000.
Problème 2 · Le tartre du chauffe-eau★★★Facile
Une eau calcaire contient des ions calcium Ca²⁺ et des ions hydrogénocarbonate HCO₃⁻. Quand on la chauffe, du tartre (carbonate de calcium CaCO₃) se dépose sur la résistance du chauffe-eau, et un gaz se forme : Ca²⁺ + … HCO₃⁻ → CaCO₃ + H₂O + CO₂. Donnée : 40 g d’ions calcium donnent 100 g de carbonate de calcium.
1. Coefficient devant HCO₃⁻ :
C : 1 à gauche par HCO₃⁻, 2 à droite (CaCO₃ et CO₂) : 2 HCO₃⁻. Charge : +2 et 2 charges −, soit 0 ; 0 à droite.
2. Charge totale à gauche, une fois l’équation ajustée :
(Ca²⁺) et : 0.
3. Nombre d’atomes d’oxygène de chaque côté :
À gauche, ; à droite, 3 + 1 + 2 = 6 : 6.
4. L’eau contient 0,12 g d’ions calcium par litre. Masse de tartre déposée si tous les ions calcium de 10 L de cette eau précipitent : g
10 L contiennent g d’ions calcium ; tartre : g.
Problème 3 · Une plaque de cuivre noircie★★★Moyen
Une plaque de cuivre chauffée à la flamme se couvre d’une couche noire d’oxyde de cuivre CuO. On la trempe dans de l’acide sulfurique dilué (2 H⁺ + SO₄²⁻) : la couche noire disparaît, la plaque redevient brillante et la solution devient bleue : CuO + … H⁺ → Cu²⁺ + H₂O. Donnée : 79,5 g d’oxyde de cuivre donnent 63,5 g d’ions Cu²⁺.
1. Coefficient devant H⁺ :
H₂O contient 2 H : 2 ions H⁺ ; charge +2 de chaque côté.
2. Ion qui colore la solution en bleu (formule) :
L’ion cuivre (II) Cu²⁺, formé à partir de l’oxyde.
3. Ion spectateur de l’acide (formule) :
Les ions sulfate SO₄²⁻ ne réagissent pas.
4. La plaque a perdu 0,159 g d’oxyde. Masse d’ions Cu²⁺ passés dans la solution : g
g.
5. Réactif à verser dans un peu de la solution pour confirmer ces ions par un précipité bleu : la
Problème 4 · Récupérer l’argent des restes du laboratoire★★★Moyen
Au laboratoire du collège, on garde dans un bidon les restes de nitrate d’argent (Ag⁺ + NO₃⁻) des tests d’ions chlorure. Pour récupérer l’argent, on y plonge de la laine d’acier (du fer) en excès : de l’argent se dépose et des ions fer (II) passent dans la solution. Fe + … Ag⁺ → Fe²⁺ + … Ag. Donnée : quand 56 g de fer se dissolvent, 216 g d’argent se déposent.
1. Fe + Ag⁺ → Fe²⁺ + Ag
Charge +2 à droite : 2 ions Ag⁺, donc 2 atomes Ag. Fe + 2 Ag⁺ → Fe²⁺ + 2 Ag.
2. Ion spectateur (formule) :
L’ion nitrate NO₃⁻.
3. Nombre d’atomes d’argent déposés quand 2 500 atomes de fer se dissolvent :
2 Ag pour 1 Fe : .
4. Un échantillon contient 10 000 ions Ag⁺ ; on y met 8 000 atomes de fer. Atomes de fer qui restent à la fin :
Les 10 000 ions Ag⁺ (il en faudrait 16 000) s’épuisent ; ils consomment atomes Fe : il en reste .
5. Masse d’argent récupérée quand 0,28 g de fer s’est dissous : g
g.
Problème 5 · La pluie d’or★★★Difficile
Le professeur réalise une expérience de démonstration, avec gants et lunettes, car les composés du plomb sont toxiques. Il mélange une solution de nitrate de plomb (Pb²⁺ + 2 NO₃⁻) et une solution d’iodure de potassium (K⁺ + I⁻) : un précipité jaune d’iodure de plomb PbI₂ apparaît. Chauffé, il se dissout ; en refroidissant, il réapparaît en paillettes dorées : c’est la « pluie d’or ». Donnée : 207 g d’ions plomb donnent 461 g d’iodure de plomb.
1. Pb²⁺ + I⁻ → PbI₂
PbI₂ contient 2 atomes d’iode : 2 ions I⁻ ; charge : +2 et 2 charges −, soit 0.
2. Ion spectateur apporté par l’iodure de potassium (formule) :
L’ion potassium K⁺ (les ions NO₃⁻ sont aussi spectateurs).
3. On mélange 1 000 ions Pb²⁺ et 1 600 ions I⁻. Formule de l’ion épuisé :
Il faudrait ions I⁻ : il n’y en a que 1 600, les ions I⁻ s’épuisent.
4. Nombre d’ions Pb²⁺ restants :
ions Pb²⁺ réagissent : il en reste .
5. Masse de précipité obtenue avec 0,414 g d’ions plomb, arrondie au centième : g
, soit environ 0,92 g.
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