Ions : cations, anions et tests d’identification

1. a)Cations : Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Anions : SO₄²⁻, HCO₃⁻, Cl⁻. Monoatomiques : Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Cl⁻ ; polyatomiques : SO₄²⁻ et HCO₃⁻. (1)
2. b)$1187\times 1,5=1780,5$ mg, soit environ 1,78 g. (1)
3. c)L’ion sulfate (1 187 mg/L). Non : l’eau est électriquement neutre ; la masse d’un ion ne dit rien de sa charge, et les charges des cations compensent celles des anions. (1)
4. d)Ca²⁺ et SO₄²⁻ portent 2 charges chacun : un pour un, CaSO₄, le sulfate de calcium. (1)

Erreur fréquente — Confondre masse et charge : une eau riche en anions en masse reste électriquement neutre.

1. a)Sn²⁺ : cation, 2 électrons perdus. F⁻ : anion, 1 électron gagné. Al³⁺ : cation, 3 électrons perdus. Pb²⁺ : cation, 2 électrons perdus. (1)
2. b)Sn²⁺ : 50 protons et $50-2=48$ électrons. Pb²⁺ : 82 protons et $82-2=80$ électrons. (1)
3. c)F⁻ : $9+1=10$ ; Al³⁺ : $13-3=10$. Ils ont 10 électrons chacun, mais pas le même noyau (9 et 13 protons) : ce sont deux ions différents. (1)
4. d)Il a ajouté la charge au lieu de la retirer : un cation a perdu des électrons, il en a moins que l’atome, $82-2=80$. (1)

Le point clé — Protons = Z, toujours ; électrons = Z − charge pour un cation, Z + charge pour un anion.

1. a)(Al³⁺ + 3 NO₃⁻) : 3 charges + pour l’ion aluminium, $3\times 1=3$ charges − pour les ions nitrate. (1)
2. b)(Ca²⁺ + 2 HO⁻) : 2 charges + pour l’ion calcium, $2\times 1=2$ charges − pour les ions hydroxyde. (1)
3. c)Oui : $6\times (+1)=+6$ et $3\times (-2)=-6$ ; la charge totale est nulle. (1)
4. d)Charges + : $4\times 2=8$ ; charges − : 5. Il manque $8-5=3$ ions nitrate (8 au total). (1)

Méthode — Je multiplie le nombre d’ions par la charge de chacun, puis j’égalise les charges + et les charges −.

1. a)Précipité rouille avec la soude (et solution orangée) : ions fer (III) Fe³⁺. Aucun précipité avec le nitrate d’argent : pas d’ions chlorure. (1)
2. b)Précipité blanc avec la soude : ions Zn²⁺ ou Al³⁺ ; précipité blanc avec le nitrate d’argent : ions Cl⁻. Le test à la soude ne distingue pas le zinc de l’aluminium : chlorure de zinc ou chlorure d’aluminium. (1)
3. c)Non. Les tests montrent seulement que S2 ne contient aucun des ions de la banque (Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Al³⁺, Cl⁻). Elle peut contenir d’autres ions, comme Na⁺, K⁺ ou NO₃⁻ (une solution de nitrate de potassium, par exemple). (1)
4. d)Soude corrosive : blouse, lunettes et gants, petites quantités. Nitrate d’argent : éviter tout contact avec la peau (il la tache en noir) et verser les restes dans le bidon de récupération, pas dans l’évier. (1)

Démarche — Un test négatif est une information : il dit quel ion est absent, pas que la solution est pure.

1. a)I⁻ porte une charge négative : c’est un anion. L’atome d’iode a gagné un électron. (1)
2. b)Ce sont deux ions différents : S²⁻ est l’ion sulfure, monoatomique (un atome de soufre qui a gagné 2 électrons) ; SO₄²⁻ est l’ion sulfate, polyatomique (un atome de soufre et quatre atomes d’oxygène liés). La même charge ne fait pas le même ion. (1)
3. c)Le noyau ne change pas : Ni²⁺ a les mêmes protons que l’atome. C’est un atome qui a perdu deux électrons. (1)
4. d)Ce sont les charges qui se compensent, pas les nombres d’ions : la solution de chlorure de baryum (Ba²⁺ + 2 Cl⁻) contient deux fois plus d’anions que de cations. (1)

Repère — Un ion change d’électrons, jamais de protons ; sa formule dit de quels atomes il est fait ; une solution est neutre par ses charges, pas par son nombre d’ions.