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La réaction de précipitation (échange d'ions)

I. définition

C'est une réaction durant laquelle un produit très peu soluble est formé. Ce produit peu soluble se nomme précipité et se dépose généralement au fond du récipient, il précipite. La formation d'un précipité peut être la suite de la réaction entre deux solutions électrolytes.


 

 

II. signification du Kps  et Qps

Le Kps est une constante et se nomme produit de solubilité. Le Kps se calcule sur base des concentrations stœchiométriques (voir page précédente). Le Kps permet de déterminer si un composé est soluble ou peu soluble.

Le Qps est également une constante et se nomme quotient réactionnel. Il se calcule avec la même forme mathématique que le Kps ([Pb2+] . [Cl-]2). Mais il se calcule avec les concentrations initiales. Ces concentrations initiales se notent Créactif.

Soit une molécule AaBb, si  (CA+)a . (CB-)b (quotient réactionnel, noté Qps)



La comparaison entre la valeur du Qps et du Kps permet de prévoir si lors du mélange de deux solutions d'électrolytes, un précipité sera formé ou non.


III. écriture des réactions de précipitations

        AgNO3 (aq)   +   Na2CO3 (aq)       ?

 (soluble)

( soluble )

III.1. Ecriture des ions en présence

        AgNO3 (aq)   +   Na2CO3 (aq)       ?
Ag+ 2 Na+

NO3-

CO32-

III.2. Transfert des ions + pondération afin de respecter la neutralité des charges

     2  AgNO3 (aq)   +   Na2CO3 (aq)       ?

III.3. Détermination des ions acteurs et des ions spectateurs

Dans la table des Kps, nous regardons si les nouvelles substances formées par le transfert d'ions sont solubles ou peu solubles. Ici, Ag2CO3 est un composé peu soluble, car il se trouve dans la table des Kps, c'est donc lui qui est susceptible de  précipiter. Les ions acteurs sont donc : 2 Ag+ et CO32-. Les deux autres restant dans la solution sous forme d'ions et ne réagissant pas, ils sont appelés spectateurs.

 Les ions acteurs sont : 2 Ag+ et CO32-  qui forment Ag2CO3, composé peu soluble.

Les ions spectateurs sont 2 Na+ et 2 NO3- qui forment 2 NaNO3 composé soluble, donc ils restent sous forme d'ions dans la solution.


III.4. Ecriture de la réaction de précipitation

2 AgNO3 (aq)   +   Na2CO3 (aq)       + 2 NaNO3 (aq)


IV. Mise en évidence expérimentale de la réaction de précipitation et calcul du quotient réactionnel

+

HCl(aq) (0,1 M) (2 mL) Na2SO4(aq) (0,1 M) (2 mL) NaOH(aq) (1 M) (1 mL)
Ba(NO3)2 (aq)

((0,1 M) (2 mL)

pas de précipité, la solution produite après mélange des composés est incolore apparition d'un précipité poudreux de couleur blanche apparition d'un début de précipité, la solution résultant du mélange des composés est trouble
Pb(NO3)2 (aq)

(0,1 M) (2 mL)

un précipité poudreux blanc se dépose dans le fond du tube à essais la solution devient blanche et un dépôt blanc se dépose au fond du tube la solution devient blanche et un dépôt blanc se dépose au fond du tube
FeSO4 (aq)

(0,1 M) (2 mL)

pas de précipité, la solution produite après mélange des composés est incolore pas de précipité, la solution produite après mélange des composés est incolore formation d'un précipité de couleur verte qui se dépose dans le fond du tube sous forme de paillettes
CuSO4 (aq)

(0,1 M) (2 mL)

pas de précipité,  pas de changements apparents, la solution reste turquoise pas de précipité,  pas de changements apparents, la solution reste turquoise apparition d'un précipité bleu de consistance gélatineuse. (précipité colloïdal)
AgNO3 (aq)

(0,1 M) (2 mL)

la solution devient blanchâtre et de consistance "huileuse" apparition d'un léger trouble, il y a formation d'un début de précipité apparition d'un précipité brun avec un dépôt brun sous forme de paillettes
Colonne n°1 (avec ajout de 2 mL d'HCl, 0,1 M) Colonne n°3 (avec ajout de 1 mL de NaOH, 1 M)

Photographies : (c) octobre 2003 - Miseur Ludovic | remerciement à Mme A. Vancoppernolle

IV.2. Vérification par calcul des résultats expérimentaux (précipité uniquement)

1. Pb(NO3)2 +  HCl   ?

 2 mL (0,1 M)  +  2 mL (0,1 M) ?
 ions acteurs : Pb2+ + 2 Cl
 Pb(NO3)2 + 2 HCl    + 2 HNO3
- calcul de la concentration en Pb2+
1000 mL ---> 0,1 mole de Pb2+
2 mL ---> 0,1/500 mole de Pb2+
4 mL ---> 0,1/500 mole de Pb2+ car le volume de solution totale est 4mL (2 + 2)
1000 mL ---> 0,05 mole de Pb2+ car la concentration doit être exprimée en mole / litre et 1000 mL = 1 L
 
- calcul de la concentration en Cl-

0,05 mole de Cl-

même développement que ci-dessus
 
- calcul du quotient réactionnel

CPb2+ . C2Cl-

(0,05) . (0,05)² 

= 0,00125 = 1,25 . 10-3

or, le Kps du composé PbCl2 est égale à 1,6 . 10-5  
Le quotient réactionnel est plus grand que le Kps, le composé précipite. La théorie et l'expérimentation concordent, il y a bien eu apparition d'un précipité.

2.  AgNO3 + HCl    ?

 2 mL (0,1 M)  +  2mL (0,1 M) ?
 ions acteurs : Ag+ + Cl-
Concentration en Ag+ : 0,05 mole (même calcul que pour le n°1)
Concentration en Cl- : 0,05 mole (même calcul que pour le n°1)
Calcul du quotient réactionnel (Qps)

CAg+ . CCl-

(0,05) . (0,05) = 0,0025 = 2,5 . 10-3

or, le Kps de AgCl = 1,8 . 10–10  
Le quotient réactionnel est plus grand que le Kps, le composé précipite. La théorie et l'expérimentation concordent, il y a bien eu apparition d'un précipité.
3. Ba(NO3)2 + Na2SO4 + 2 NaNO3   4. Pb(NO3)2 + Na2SO4 + 2 NaNO3
Qps = 0,0025 = 2,5 .10-3 Qps = 0,0025 = 2,5 .10-3
Kps = 1,1 . 1010 Kps = 1,8 . 10–8
Qps > Kps => précipité de BaSO4 Qps > Kps => précipité de PbSO4
5. 2 AgNO3 + Na2SO4 + 2 NaNO3  
Qps = 0,00125 = 1,2 .10-4
Kps = 1,7 . 10–5
Qps > Kps => précipité de Ag2SO4

6. Ba(NO3)2 + 2 NaOH   ? 

 2 mL (0,1 M)  +  1 mL (1 M) ?
 Ba(NO3)2 + 2 NaOH   + 2 NaNO3
- calcul de la concentration en Ba2+
1000 mL ---> 0,1 mole de Ba2+
2 mL ---> 0,1/500 mole de Ba2+
3 mL ---> 0,1/500 mole de Ba2+ car le volume de solution totale est 3 mL (2 + 1)
1000 mL ---> 0,067 mole de Ba2+ car la concentration doit être exprimée en mole / litre et 1000 mL = 1 L
 
- calcul de la concentration en OH-
1000 mL ---> 1 mole de OH-
1 mL ---> 1/1000 mole de OH-
3 mL ---> 1/1000 mole de OH- car le volume de solution totale est 3 mL (2 + 1)
1000 mL ---> 0,33 mole de OH- car la concentration doit être exprimée en mole / litre et 1000 mL = 1 L
  
- calcul du quotient réactionnel

CBa2+ . C2OH-

(0,067) . (0,33)² 

Qps = 0,0072963  ~  7,3 .10-3

or, le Kps du composé Ba(OH)2 est égale à  5,0 . 10–3
Le quotient réactionnel est plus grand que le Kps, le composé précipite. La théorie et l'expérimentation concordent, il y a bien eu apparition d'un précipité.
7. Pb(NO3)2 + 2 NaOH + 2 NaNO3   8. FeSO4 + 2 NaOH + Na2SO4
Qps =  7,3 .10-3 Qps =  7,3 .10-3
Kps = 2.8 . 10–16 Kps = 7,9. 10–15
Qps > Kps => précipité de Pb(OH)2 Qps > Kps => précipité de Fe(OH)2
9. CuSO4 + 2 NaOH + Na2SO4   10. AgNO3 + NaOH + NaNO3
Qps =  7,3 .10-3 Qps =  2,21 .10-2
Kps = 1,6 . 10–19 Kps = 2,0 . 10–8
Qps > Kps => précipité de Cu(OH)2 Qps > Kps => précipité de AgOH

IV.3. Conclusion

La théorie et les résultats expérimentaux concordent. Les valeurs de Kps ont été données pour une température de 25°C et les expérimentations ont été effectuées dans une température légèrement inférieure à 25°C. Toutefois aucune discordance n'est à signaler. Il aurait pu se produire des précipités non-prévus de manière théorique si les solutions comportaient des ions perturbateurs.

 

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