Premi�re S � TP de chimie

							Première S – TP de chimie N° 1
                      DETERMINATION DE L’INDICE D’HYDRATATION, X,
                               DU SULFATE DE CUIVRE HYDRATE.
               PREPARATION D’UNE SOLUTION DE CONCENTRATION DONNEE

Introduction
Les cristaux déshydratés, de formule CuSO4 (s), sont blancs (« test de l’eau » étudié au collège. Les cristaux
bleus de sulfate de cuivre (II) sont hydratés, ce qui leur donne une teinte bleue. On désire préparer une
solution aqueuse de sulfate de cuivre de concentration connue. La formule des cristaux est CuSO4, x H2O(s) ,
où x est le nombre de molécules d’eau associée à une mole de CuSO4(s). La valeur de x est malheureusement
illisible sur le flacon du laboratoire.

I. DETERMINATION DE L’INDICE D’HYDRATATION

                    Comment déterminer la valeur de l’indice d’hydratations, x, du sulfate de
                                              cuivre hydraté ?


     1. Travail expérimental

 Peser un bécher sec noté B, contenant un agitateur en verre sec. Noter cette valeur M1.
 Dans ce même bécher, peser la masse m1 = 4,00 g de cristaux de sulfate de cuivre hydraté. Remarque :
  L’agitateur placé dans le bécher avant la pesée permettra de ne pas avoir à le sortir pour éviter les pertes.
 Chauffer les cristaux, tout en agitant de façon régulière avec l’agitateur en verre, jusqu’à décoloration
  complète des cristaux (Thermostat 5). On ne doit plus constater de dégagement d’eau et les parois du
  bécher doivent être sèches.
 Peser à nouveau l’ensemble bécher - cristaux déshydratés. Soit M2 cette masse.
 Laisser refroidir et garder les cristaux obtenus.
Données :
   Masses molaires atomique : MCu = 63,5 g.mol-1 ; MS = 32 g.mol-1; MO = 16 g.mol-1.
   Lors du chauffage se produit une réaction de déshydratation modélisée par l’équation chimique :
     CuSO4, x H2O(s)  CuSO4 (s) + x H2O.
     Par conséquent 1 mole de CuSO4, x H2O(s) se transforme en 1mole de CuSO4 (s)
     2. Compte rendu
1. Noter vos observations et indiquer l’ensemble des résultats expérimentaux
2. Exploitation
     a. Calculer la masse molaire M(CuSO4) du sulfate de cuivre anhydre.
     b. Déduire des différentes pesées, la masse, m2, de sulfate de cuivre anhydre, CuSO4 (s) obtenus à
         l’issue du chauffage.
     c. Calculer la quantité de matière nCuSO4, correspondante.
     d. Exprimer la masse molaire M(CuSO4, x H2O) du sulfate de cuivre hydraté CuSO4, x H2O(s) en
         fonction de x.
     e. Montrer que l’on peut calculer x par la relation : m1 = nCuSO4  (159,5 + 18,0  x).
     f. Déterminer la valeur de x (attention c’est un entier !)
3. Conclusion : Donner la formule du sulfate de cuivre hydraté
                                                                          Quelle est l’équation qui modélise
II. DISSOLUTION DU SULFATE DE CUIVRE ANHYDRE DANS L’EAU                  la réaction de dissolution du sulfate
                                                                            de cuivre anhydre dans l’eau ?
1. Travail expérimental
 Mettre une spatule de sulfate de cuivre anhydre dans un bécher contenant un peu d’eau distillée. Agiter pour
  homogénéiser puis placer environ 1 mL de la solution obtenue dans deux tubes à essais
 Dans le premier, ajouter quelques gouttes d’hydroxyde de sodium (ou soude), Na+(aq) + HO-(aq).
 Dans le second, ajouter quelques gouttes de chlorure de baryum, Ba2+(aq) + 2 Cl-(aq).
 Introduire dans le bécher la totalité du sulfate de cuivre anhydre. Agiter.
2. Compte rendu
   a- Récapituler l’ensemble de vos observations sous forme de schémas annotés
   b- Interpréter les deux tests réalisés et en déduire les ions mis en évidence (utiliser la fiche pratique du livre
      pages 260 et 261 )
   c- En déduire l’équation qui modélise la réaction de dissolution du sulfate de cuivre anhydre dans l’eau.

III. PREPARATION D’UNE SOLUTION AQUEUSE DE CONCENTRATION A PARTIR DES CRISTAUX DE SULFATE DE
CUIVRE HYDRATE.

   On dispose d’une balance au 1/100ième de g et de toute la verrerie usuelle de laboratoire disposée sur votre
                                                   paillasse.
 Comment préparer avec précision 100,0 mL d’une solution S de sulfate de cuivre hydraté de concentration
                C = 5,00.10-2 mol.L-1 à partir des cristaux de sulfate de cuivre hydraté ?

1. Travail de réflexion préliminaire (brouillon)
   a- Calculer avec un nombre de chiffres significatifs convenable, la masse m, de cristaux de sulfate de cuivre
      hydratés qu’il faut peser.
   b- Donner l’incertitude absolue sur la valeur de m. En déduire l’incertitude relative (ou précision) sur la
      valeur de m : m 100 . Conclure.
                      m
   c- Proposer un mode opératoire permettant de préparer 100,0 mL de la solution S.

2. Travail expérimental
 Après validation par le professeur, préparer la solution S en utilisant la fiche technique correspondante.

3. Compte rendu
   a- Rédiger avec soin le mode opératoire
      mis en œuvre.                                                   Que faut-il retenir du TP ?
   b- Schématiser la verrerie de précision             Les tests mis en jeu au B- I. sont à connaître ainsi que le
      utilisée en indiquant les précautions             nom et formule des différentes espèces chimiques
      d’utilisation.                                    utilisées lors de TP
   c- Justifier le mode opératoire mis en              Nom et utilisation de la verrerie – cf. fiche technique
      œuvre, en exploitant les calculs du              Les techniques de préparation de solutions : dissolution
      travail de réflexion préliminaire.                et dilution (faire la différence entre ces deux termes) –
                                                        Cf. fiche technique.

IV. POUR APPROFONDIR : « PRECISION DE LA         MESURE   »
1. Calculer avec un nombre de chiffres significatifs convenable, la masse m’, de cristaux de sulfate de cuivre
   hydratés qu’il faut peser avec une balance au 1/100ième de g, pour préparer avec précision 50,0 mL d’une
   solution S’ de sulfate de cuivre hydraté de concentration C’ = 1,00.10-2 mol.L-1 à partir des cristaux de
   sulfate de cuivre hydraté
2. Donner l’incertitude absolue sur la valeur de m. En déduire l’incertitude relative (ou précision) sur la valeur
   de m : m 100 . Conclure.
            m
3. Si on pèse une masse m’= 10  m, que devient la précision ?
4. Proposer un mode opératoire permettant de préparer 100,0 mL de la solution S’ avec une meilleure
   précision, le matériel restant à disposition étant toujours le même.
Aide : ce mode opératoire devra faire apparaître deux étapes : une dissolution puis une dilution.
Première S – TP de chimie N° 1
                      DETERMINATION DE L’INDICE D’HYDRATATION, X,
                               DU SULFATE DE CUIVRE HYDRATE.
               PREPARATION D’UNE SOLUTION DE CONCENTRATION DONNEE

                                              Fiche de matériel
-   Rétro

-   balances électroniques au cg et sa fiche d’utilisation – le maximum possible

-   sulfate de cuivre (II) pentahydraté (ne pas écrire la formule exacte sur le flacon ni pentahydraté, le mieux
    serait d’écrire sulfate de cuivre (II) hydraté ou CuSO4, x H2O(s)
-   Dans compte goutte : solution concentrée de soude (écrire Na+ + HO-) et solution de chlorure de baryum
    (écrire Ba2+ + 2 Cl- de concentration environ 10-1 mol.L-1

-   une pissette d’eau distillée
-   Bec électrique
-   Pince en bois
-   une spatule
-   un entonnoir.
-   2 béchers de 100 mL               Attention : petit agitateur qui ne doit
-   un petit agitateur en verre       pas faire basculer le bécher à vide !
-   Portoir avec 2 tubes à essais
-   pipettes jaugées de 5,0 mL ; 10,0 mL ; 20,0 mL
-   fioles jaugées de 50,0 mL et de 100,0 mL, avec bouchons
-   éprouvettes graduées : 100 mL et 50 mL
-   une poire à pipeter

          TP testé par les 2 Sylvie mardi 5 septembre 2006 avec une température extérieure de 30 °C.
Nous avons trouvé : x = 5,04 !!!
Le chauffage dure environ 5 min ( avec 30 °C extérieur)

Remarques :
     Il faut qu’il y ait une proposition de verrerie plus grande que celle utilisée pour que les élèves
       puissent faire un choix (préparation à l’ECE de TS).
     S’il fait très humide, il serait préférable de placer les cristaux de sulfate de cuivre hydratés à l’étuve,
       ½ h avant le TP. Lors de l’essai du TP, il faisait très chaud T > 30 °C…


Références :
      TP 1 et TP2 du site de l’académie d’Orléans sur l’évaluation des TP en première S. Site recommandé
        sur la lettre de rentrée des IPR.
      Nathan, nouvelle édition