Ions : cations, anions et tests d’identification

Cet ion est-il un cation ou un anion ?

1. Li⁺ (ion lithium) :
   Charge + : l’atome de lithium a perdu un électron, c’est un cation.
2. Se²⁻ (ion séléniure) :
   Charge − : l’atome de sélénium a gagné deux électrons, c’est un anion.
3. Ni²⁺ (ion nickel) :
   Deux charges + : deux électrons perdus, c’est un cation.
4. HCO₃⁻ (ion hydrogénocarbonate) :
   Charge − : c’est un anion, et un ion polyatomique (5 atomes liés).
5. K⁺ (ion potassium) :
   Charge + : c’est un cation.

Complète par un nombre ou par la charge de l’ion (écris par exemple 2- pour ²⁻).

1. Pour devenir l’ion Hg²⁺, l’atome de mercure a perdu électrons.
   Deux charges + : 2 électrons perdus.
2. Pour devenir l’ion N³⁻, l’atome d’azote a gagné électrons.
   Trois charges − : 3 électrons gagnés.
3. Un atome de chrome perd 3 électrons : il devient l’ion Cr.
   Trois électrons perdus : trois charges +, Cr³⁺.
4. Un atome de phosphore gagne 3 électrons : il devient l’ion P.
   Trois électrons gagnés : trois charges −, P³⁻.
5. Un atome de cobalt perd 2 électrons : il devient l’ion Co.
   Deux électrons perdus : Co²⁺.

Raisonne sur la formation des ions.

1. L’ion sulfate SO₄²⁻ est formé de atomes liés entre eux.
   1 atome de soufre et 4 atomes d’oxygène : 5 atomes, c’est un ion polyatomique.
2. L’ion Mn²⁺ est un ion (monoatomique ou polyatomique).
   Un seul atome, de manganèse : ion monoatomique.
3. Un ion porte deux charges négatives : l’atome a deux électrons (perdu ou gagné).
   Charge − : l’atome a gagné des électrons.
4. Un ion porte une charge positive : il a d’électrons que de protons (plus ou moins).
   Il a perdu un électron : il a moins d’électrons que de protons.
5. L’ion NH₄⁺ est un polyatomique (cation ou anion).
   Charge + : c’est un cation, formé de cinq atomes liés.

Donne le nom de l’ion.

1. I⁻ : ion
   Anion d’un atome d’iode : nom en -ure, ion iodure.
2. Ca²⁺ : ion
   Un cation garde le nom de l’élément : ion calcium.
3. Fe³⁺ : ion
   Le fer forme deux ions ; trois charges + : ion fer (III).
4. HO⁻ : ion
   Ion polyatomique à connaître : ion hydroxyde.
5. NH₄⁺ : ion
   Ion polyatomique à connaître : ion ammonium, un cation.

Écris la formule de l’ion (par exemple Mg2+ pour Mg²⁺, NO3- pour NO₃⁻).

1. Ion fer (II) :
   (II) : deux charges + : Fe²⁺.
2. Ion carbonate :
   Un carbone, trois oxygènes, deux charges − : CO₃²⁻.
3. Ion fluorure :
   L’atome de fluor gagne un électron : F⁻.
4. Ion oxyde :
   L’atome d’oxygène gagne deux électrons : O²⁻.
5. Ion hydrogène :
   L’atome d’hydrogène perd son électron : H⁺.

Corrige ou complète.

1. Un élève écrit l’ion baryum « Ba⁺² ». Écriture correcte :
   Le chiffre d’abord, puis le signe : Ba²⁺.
2. Le cuivre forme aussi l’ion Cu⁺. Son nom : ion cuivre
   Une seule charge + : ion cuivre (I), à distinguer de l’ion cuivre (II) Cu²⁺.
3. Certains dentifrices contiennent des ions sodium et des ions fluorure : c’est le de sodium.
   Nom de l’anion, puis « de », puis nom du cation : fluorure de sodium.
4. Le calcaire est un solide formé d’ions calcium et d’ions carbonate : c’est le .
   Anion puis cation : le carbonate de calcium.

Calcule le nombre d’électrons de l’ion.

1. Nickel, Z = 28 : l’ion Ni²⁺ possède électrons.
   Cation 2+ : $28-2=26$ électrons.
2. Or, Z = 79 : l’ion Au³⁺ possède électrons.
   Cation 3+ : $79-3=76$ électrons.
3. Scandium, Z = 21 : l’ion Sc³⁺ possède électrons.
   Cation 3+ : $21-3=18$ électrons.
4. Arsenic, Z = 33 : l’ion As³⁻ possède électrons.
   Anion 3− : $33+3=36$ électrons.

Retrouve le numéro atomique Z de l’élément X.

1. Un ion X²⁺ possède 25 électrons : Z =
   L’atome avait 2 électrons de plus : $25+2=27$, c’est le cobalt.
2. Un ion X²⁻ possède 36 électrons : Z =
   L’atome avait 2 électrons de moins : $36-2=34$, c’est le sélénium.
3. Un ion X⁺ possède 80 électrons : Z =
   $80+1=81$ : c’est le thallium, ion Tl⁺.
4. Un ion X²⁺ possède 78 électrons : Z =
   $78+2=80$ : c’est le mercure, ion Hg²⁺.

Raisonne sur les protons et les électrons.

1. Un ion n’a qu’un proton et aucun électron. Sa formule (par exemple Mg2+) :
   Un proton : Z = 1, l’hydrogène, qui a perdu son seul électron : H⁺.
2. L’ion Cu⁺ possède électron(s) de plus que l’ion Cu²⁺.
   Cu⁺ : $29-1=28$ ; Cu²⁺ : $29-2=27$ ; 1 électron de différence.
3. Électrons de l’ion HO⁻ (O : Z = 8 ; H : Z = 1) :
   $8+1=9$ électrons pour les atomes, plus 1 pour la charge − : 10.
4. Un ion X⁺ a autant d’électrons que l’atome de krypton (Z = 36). Z de X :
   X⁺ a 36 électrons, l’atome en avait $36+1=37$ : c’est le rubidium.

Combien d’anions faut-il pour que la solution soit neutre ? Réponds par un nombre.

1. Pour 1 ion Cu²⁺, il faut ions Cl⁻.
   2 charges + à compenser, une par ion Cl⁻ : 2.
2. Pour 5 ions Al³⁺, il faut ions Cl⁻.
   $5\times 3=15$ charges + : 15 ions Cl⁻.
3. Pour 4 ions K⁺, il faut ions SO₄²⁻.
   4 charges + ; chaque ion sulfate en compense 2 : $4÷2=2$.
4. Pour 6 ions Mg²⁺, il faut ions NO₃⁻.
   $6\times 2=12$ charges + : 12 ions nitrate.
5. Pour 8 ions Na⁺, il faut ions CO₃²⁻.
   8 charges + ; $8÷2=4$ ions carbonate.

Complète l’écriture de la solution par le nombre qui manque.

1. Nitrate de calcium : (Ca²⁺ + NO₃⁻)
   Ca²⁺ apporte 2 charges + ; chaque ion nitrate en compense une : 2 ions nitrate.
2. Sulfate de cuivre (II) : (Cu²⁺ + SO₄²⁻)
   Cu²⁺ apporte 2 charges + ; un seul ion sulfate en apporte 2 − : 1 ion sulfate, et l’on écrit (Cu²⁺ + SO₄²⁻).
3. Bromure d’aluminium : (Al³⁺ + Br⁻)
   Al³⁺ apporte 3 charges + ; chaque ion bromure en compense une : 3 ions bromure.
4. Sulfate d’ammonium : ( NH₄⁺ + SO₄²⁻)
   SO₄²⁻ apporte 2 charges − : 2 ions ammonium.

Retrouve la charge d’un ion ou le nombre d’ions qui manque.

1. Dans le solide Fe₂O₃ , présent dans la rouille, contient des ions O²⁻. Charge de l’ion fer (par exemple 2+) :
   3 ions O²⁻ : 6 charges − ; elles sont compensées par 2 ions fer, soit $6÷2=3$ charges + chacun : Fe³⁺.
2. Dans le solide Na₂S, l’ion sodium est Na⁺. Formule de l’ion sulfure :
   Deux Na⁺ : 2 charges + ; l’ion sulfure porte 2 charges − : S²⁻.
3. Une solution de chlorure d’aluminium contient 21 ions Cl⁻. Nombre d’ions Al³⁺ :
   21 charges − ; chaque ion Al³⁺ apporte 3 charges + : $21÷3=7$ ions aluminium.
4. Une solution de sulfate de fer (III) contient 8 ions Fe³⁺. Nombre d’ions SO₄²⁻ :
   $8\times 3=24$ charges + ; chaque ion sulfate en compense 2 : $24÷2=12$ ions sulfate.

Quel ion le test a-t-il mis en évidence ? Écris sa formule (par exemple Mg2+), ou le nom demandé.

1. Avec la soude, un précipité bleu apparaît : ions
   Précipité bleu avec la soude : ions cuivre (II) Cu²⁺.
2. Avec la soude, un précipité rouille apparaît : ions
   Précipité rouille : ions fer (III) Fe³⁺.
3. Avec le nitrate d’argent, un précipité blanc apparaît et noircit à la lumière : ions
   C’est le test des ions chlorure Cl⁻.
4. Avec la soude, un précipité vert apparaît : ions
   Précipité vert : ions fer (II) Fe²⁺.
5. La soude, réactif de ces tests, s’appelle aussi hydroxyde de .
   La soude est l’hydroxyde de sodium : ions Na⁺ et HO⁻.

Prévois ce que l’on observe : écris la couleur du précipité, ou « aucun précipité ».

1. Nitrate d’argent + solution de nitrate de zinc :
   Pas d’ions chlorure : aucun précipité (les ions zinc se testent à la soude).
2. Soude + solution de sulfate d’aluminium :
   Ions Al³⁺ : précipité blanc.
3. Soude + solution de nitrate de potassium :
   Les ions potassium ne donnent aucun précipité avec la soude : aucun précipité.
4. Soude + solution de bromure de zinc :
   Ions Zn²⁺ : précipité blanc (les ions bromure ne réagissent pas avec la soude).
5. Nitrate d’argent + solution de chlorure de potassium :
   Ions chlorure : précipité blanc, qui noircit à la lumière (les ions potassium ne réagissent pas avec le nitrate d’argent).

Quatre flacons contiennent, dans le désordre, du chlorure de cuivre (II), du nitrate de cuivre (II), du chlorure de fer (III) et du nitrate d’aluminium. Retrouve le contenu de chaque flacon d’après les deux tests.

1. Flacon A : soude → précipité bleu ; nitrate d’argent → rien. Il contient du
   Bleu : ions Cu²⁺ ; pas de précipité au nitrate d’argent : pas d’ions chlorure. C’est le nitrate de cuivre (II).
2. Flacon B : soude → précipité blanc ; nitrate d’argent → rien. Il contient du
   Blanc : Zn²⁺ ou Al³⁺ ; de la liste, seul l’aluminium convient, sans chlorure : nitrate d’aluminium.
3. Flacon C : soude → précipité rouille ; nitrate d’argent → précipité blanc. Il contient du
   Rouille : Fe³⁺ ; précipité blanc : Cl⁻. C’est le chlorure de fer (III).
4. Flacon D : soude → précipité bleu ; nitrate d’argent → précipité blanc. Il contient du
   Bleu : Cu²⁺ ; blanc : Cl⁻. Les flacons A et D donnent le même précipité bleu : seul le nitrate d’argent les distingue. C’est le chlorure de cuivre (II).