Test d'identification du dioxygène

Cours de chimie – Analyse chimique – lycée niveau classe de seconde – Partie constitution et transformations de la matière

Table des matières

A quoi sert-il ?(son but)

On l’utilise pour vérifier qu’un gaz recueilli dans un récipient est bien constitué de dioxygène.

Pour être plus précis, ce test permet de vérifier qu’un gaz :

est du dioxygène ou contient un pourcentage très élevé de dioxygène
contient du dioxygène en une proportion qui est proche de celle de l’ air
contient pas ou très peu de dioxygène

Comment le réaliser ?

Etape 1 : recueillir le gaz à tester

Le gaz à tester doit d’abord être recueilli dans un récipient ( ce peut être un tube à essais, flacon, un ballon etc) à condition que ce récipient puisse être fermé de manière hermétique le temps de réaliser le test. En général cette opération se fait par déplacement d’eau (le gaz vient prendre la place de l’eau)
Etape 2 : introduire un combustible incandescent dans le gaz

Une bûchette, une tige en bois, (ou un autre combustible solide) est en flammé puis réduit à incandescence en soufflant la flamme. Cette bûchette incandescente est alors introduite dans le récipient.
Etape 3 : vérifier si la flamme renaît

On vérifie que la bûchette s’enflamme à nouveau, qu’une flamme réapparaît.

La transformation chimique mise en jeu par ce test

Lors de ce test on exploite le rôle de comburant que possède le dioxygène pendant une combustion. Toute combustion est une réaction entre un combustible (ici le bois de la bûchette) et un comburant (qui en général est du dioxygène)

Remarque, il existe d’autres comburants gazeux comme le difluor F2, le dichlore Cl2, le monoxyde de carbone CO, le protoxyde d’azote N2O) mais les conditions d’obtention du gaz testé devrait permettre d’exclure ces possibilités.

La bûchette est composée de bois et puisque le bois est un matériaux organique (composé essentiellement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène) il brûle en présence de dioxygène en formant principalement du dioxyde de carbone et de l’eau (à l’état gazeux) suivant la réaction :

bois + dioxygène → eau + dioxyde de carbone (+autres produits minoritaires)

Interprétation des observations, résultats du test

Dans l’air le dioxygène est présent avec une proportion d’environ 21 % et une combustion peut s’y produire de manière lente (incandescence) mais le passage d’un combustible incandescent (la bûchette) de l’air à un récipient contenant du dioxygène pur (100%) permet d’avoir une combustion plus vive et de reformer des flammes.

Ce test ne fonctionne donc que si le gaz testé comporte une proportion nettement supérieure de dioxygène à celle de l’air : la validation du test dépend de l’intensité de la combustion lorsque la bûchette au contact du gaz testé.

Pour interpréter ce test on peut distinguer trois cas différents :

si l’incandescence disparaît rapidement alors le gaz tester n’est pas un comburant, il ne contient pas où extrêmement peu de dioxygène (nettement moins que les 21 % de dioxygène de l’ air
si l’incandescence se maintient puis faiblit progressivement, le gaz testé contient du dioxygène en proportion comparable à l’ air , il est possible que ce soit de l’ air
Si des flammes se forment alors le gaz testé est composé de dioxygène pur ou comporte un pourcentage très élevé de dioxygène (il y a aussi une petite probabilité pour que ce soit un autre comburant).

S’il l’on souhaite simplifier on peut aussi se limiter à deux cas : si une flamme se forme alors le test est positif et sinon il est négatif

Introduction :

Les tests d’identification que nous allons vous présenter dans ce cours ont pour objectif de mettre en évidence une espèce chimique déterminée.
Cette espèce chimique peut être isolée ou être libérée au cours d’une transformation chimique.
Dans ce cours, nous nous intéresserons tout d’abord à l’identification de trois espèces gazeuses, puis à celle d’une espèce liquide et nous terminerons par la caractérisation d’espèces chimiques en solution.

Tests d’identification d’espèces gazeuses

Un gaz est une espèce chimique souvent inodore et incolore.Contrairement aux autres gaz qui sont, pour la plupart, difficilement identifiables, le méthane, également appelé « gaz de ville », est facilement identifiable car il contient des molécules odorantes qui permettent de le détecter.
Des tests permettent toutefois de détecter certains d’entre eux comme le dioxygène, le dihydrogène et le dioxyde de carbone.

Rappel

Au cours d’une transformation chimique, les substances présentes à l’état initial, appelées « réactifs », s’associent et sont consommés pour former de nouveaux composés appelés « produits ».

Ce sont les produits des réactions chimiques que nous allons chercher à identifier.

La détection du dioxygène

Le test de la flamme permet de mettre en évidence le dioxygène.

Le matériel utilisé est le suivant :

des lunettes de protection ;
un tube à essai contenant un gaz inconnu ;
une allumette ;
une bûchette (un petit bout de bois).

Étape 1 :
On enflamme la bûchette avec l’allumette.
Quand les flammes ont bien pris, on souffle pour les éteindre en gardant la bûchette incandescente.

Définition

Incandescence :

État d’un corps en combustion sans présence de flammes.

Étape 2 :
On débouche le tube à essai et on met la bûchette incandescente à l’intérieur.

Étape 3 :
Si la bûchette se rallume, on peut en déduire que le gaz est du dioxygène.
Si la bûchette ne se rallume pas, il s’agit d’un autre gaz.

La détection du dihydrogène

Le matériel utilisé est le suivant :

des lunettes de protection ;
une allumette.

Étape 1 :
On débouche le tube à essai et on approche l’allumette enflammée.

Étape 2 :
Si une détonation retentit, on peut affirmer qu’il y a présence de dihydrogène.
S’il n’y a pas de détonation, il s’agit d’un autre gaz.

La détection du dioxyde de carbone

Le matériel utilisé est le suivant :

un tube à essai contenant le gaz inconnu ;
un tube à essai contenant un peu d’eau de chaux ;
des lunettes de protection.

Étape 1 :
On ouvre le tube à essai contenant le gaz inconnu. On y rajoute l’eau de chaux contenue dans l’autre tube.

Étape 2 :
On agite le tube contenant l’eau de chaux et le gaz inconnu.Si l’eau de chaux blanchit, alors le gaz identifié est le dioxyde de carbone.

À retenir

Récapitulatif des tests d’identification des espèces gazeuses :

Nom du gaz à identifier Matériel Observations Dioxygène,

Allumette incandescenteLa flamme de l’allumette se raviveDihydrogène,

Allumette avec flammeDétonationDioxyde de carbone,

Test à l’eau de chauxL’eau de chaux blanchit

Test d’identification d’une espèce chimique à l’état liquide : l’eau

Le matériel utilisé est le suivant :

une coupelle bien sèche ;
une spatule ;
une pipette ;
de l’eau ;
du sulfate de cuivre anhydre ;
des gants ;
des lunettes de protection.

Définition

Sulfate de cuivre anhydre :

Le sulfate de cuivre anhydre est une poudre blanche déshydratée qui ne contient pas d’eau (anhydre = sans eau).

Étape 1 :
Dans la coupelle, nous déposons à l’aide d’une spatule quelques grains de sulfate de cuivre anhydre et nous observons la couleur de cette poudre : elle est blanche.

Étape 2 :
Nous versons ensuite quelques gouttes d’eau sur le sulfate de cuivre anhydre et nous observons l’évolution de sa couleur. Si la poudre devient bleu turquoise, cela indique la présence d’eau. Si la poudre reste blanche, alors le test est négatif : le liquide versé ne contient pas d’eau.

Tests d’identification d’espèces ioniques

Parfois, il est nécessaire d’identifier certaines espèces ioniques présentes dans les solutions aqueuses au moyen de tests caractéristiques. Ces tests sont effectués dans de nombreux domaines pour contrôler la qualité d’un produit comme pour les bilans sanguins, l’analyse des minéraux présents dans l’eau du robinet, le dosage de la concentration de calcium dans le lait, etc.
Ces tests sont appelés des tests de précipitation.

Un test par précipitation consiste à ajouter quelques gouttes d’un réactif spécifique dans la solution ionique. Si un précipité d’une couleur caractéristique se forme, cela signifie que l’ion recherché est présent dans la solution.

Définition

Précipité :

Un précipité est un composé solide qui se forme lorsque l’on ajoute un réactif spécifique d’un ion déterminé dans une solution. Ce composé solide peut se présenter sous forme de petits cristaux ou sous forme d’une poudre fine.

Définition

Ion :

Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Il peut être chargé positivement ou négativement.

Identification de l’ion chlorure Cl−text{Cl}^-Cl−

Pour identifier des ions chlorure Cl−text{Cl}^-Cl−, on utilise du nitrate d’argent.

Le matériel utilisé est le suivant :

un tube à essai contenant une solution aqueuse ;
du nitrate d’argent ;
une pipette ;
des lunettes de protection ;
des gants.

Étape 1 :
On prélève du nitrate d’argent dans la pipette et on en verse quelques gouttes dans la solution aqueuse.

Étape 2 :
Si on constate la formation d’un précipité blanc, on peut confirmer la présence d’ions chlorure.

Astuce

On peut remarquer que ce précipité blanc noircit peu à peu s’il est exposé à la lumière.

Identification des ions métalliques : cuivre(II), fer(II) et fer(III)

Définition

Ions métalliques :

Les ions métalliques sont des ions formés à partir d’atomes classés dans la famille des métaux dans le tableau périodique des éléments.

Pour identifier les ions fer(II) Fe2+text{Fe}^{2+}Fe2+, fer(III) Fe3+text{Fe}^{3+}Fe3+ et cuivre Cu2+text{Cu}^{2+}Cu2+, on utilise de l’hydroxyde de sodium, autrement dit de la soude.

On prélève de l’hydroxyde de sodium dans la pipette et on en verse quelques gouttes dans une solution contenant soit des ions Fe2+text{Fe}^{2+}Fe2+ soit des ions Fe3+text{Fe}^{3+}Fe3+ soit des ions Cu2+text{Cu}^{2+}Cu2+. La couleur du précipité qui se forme indique quels ions sont présents.

Observations :

un précipité vert révèle la présence d’ions
$Fe2+text{Fe}^{2+}$

Fe

2

+

;
un précipité marron révèle la présence d’ions
$Fe3+text{Fe}^{3+}$

Fe

3

+

;
un précipité bleu révèle la présence d’ions
$Cu2+text{Cu}^{2+}$

Cu

2

+

.

Nom de l’ion à identifier Réactif utilisé Observations Ion chlorure

−

Nitrate d’argent,

AgNO

Précipité blancIon fer(II),

Soude,

NaOH

Précipité vertIon fer(III),

Soude,

NaOH

Précipité marronIon cuivre

Soude,

NaOH

Précipité bleu

Attention

Les produits chimiques doivent être manipulés avec précaution et sous la surveillance d’un adulte. De plus, il convient de les recycler car ils sont nocifs pour l’environnement.

Conclusion :

Ce cours a exposé des techniques expérimentales permettant de mettre en évidence des espèces chimiques gazeuses, liquides ou ioniques.

Chaque test d’identification nécessite au préalable de connaître le réactif capable de révéler l’espèce chimique que l’on recherche. Pour un même réactif on peut avoir des manifestations différentes selon les ions présents dans la solution testée. C’est le cas par exemple des ions Fer(II) et Fer(III) qui peuvent être distingués grâce à la couleur du précipité qui se crée au contact de la soude.
Il en est de même pour certains gaz, qui réagissent différemment à l’approche d’une allumette incandescente ou enflammée. Il existe de nombreux autres tests permettant d’identifier d’autres espèces chimiques. Cependant, beaucoup ne peuvent être réalisés sans un matériel technologiquement avancé.

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