cuivre et argent

Sarah Garçon TP de Chimie Inorganique Magistère PCM
Brahim Zardoua
- 1 -
TP IN5 : LES METAUX 2 : CUIVRE ET ARGENT
Objectif : Dans ce TP, nous allons étudiez les propriétés du cuivre métallique d’une
part, des ions en solution aqueuse d’autre part. Nous nous intéresserons ensuite à
l’argent en effectuant un dosage conductimétrique, ainsi qu’une expérience afin de
déterminer la formule d’un complexe argent ammoniac.
I – Le cuivre et ses ions
1. Elaboration du cuivre métal
1. Procédé hydrométalurgique : la lixiviation en tas
Schéma du dispositif
Observations et interprétations
Quand on recueille l’acide sulfurique dans l’erlenmeyer, après trois passages par le
minerai, on obtient une solution verte, due aux ions Cu2+ (bleu) et Fe3+ (jaune). Les
oxydes de fer et de cuivre ont réagit avec les ions H+ de l’acide sulfurique et se sont
dissous dans l’éluât :
CuO + 2H+  Cu2+ + H2O
Fe2(SO4)3 + 6H+  2Fe3+ + 3H+ + 3SO42-
On introduit ensuite dans l’erlenmeyer contenant la solution une plaque de fer
désétamée d’une masse m1=3,12g. On agite la solution doucement pendant une
heure environ.
Il se forme un dépôt de cuivre sur la plaque de fer.
Réaction d’oxydoréduction : Cu2+ + Fe  Cu + Fe2+
E°(Fe2+/Fe) <E°(Cu2+/Cu) donc la réaction est spontanée.
On pèse la plaque m2=3,15g, puis on décolle le cuivre formé sur la surface de la
plaque de fer en la rinçant, on la pèse à nouveau m3=2,97g.
On a donc formé mCu= m2-m3=0,18g de cuivre, soit nCu = mCu/MCu = 0,12/63,546
 nCu = 2,833.10-3 mol de cuivre.
On a consommé mFe= m1-m3=0,15 g de fer, soit nFe = mFe/MFe = 0,10/55,845
 nFe = 2,686.10-3 mol de fer.

Sarah Garçon TP de Chimie Inorganique Magistère PCM
Brahim Zardoua
- 2 -
Initialement, nous avons introduit nCu = mCuO/MCuO = 0,52/79,5454= 6,537.10-3 mol
Le rendement de la réaction est donc : 2,833.10-3/6,537.10-3 = 43,34%.
Le cuivre formé est impur, il peut contenir des minéraux ou métaux comme le fer, le
sulfate de cuivre, le sulfate de fer, l’oxyde de cuivre, le plomb. Il peut néanmoins être
purifié par électrolyse de raffinage.
2. Raffinage du cuivre par électrolyse à anode soluble
Schéma du dispositif
Le cuivre est utilisé pour la fabrication des conducteurs
électriques doit être pur à 99,99%. La purification des métaux
par électrolyse est possible grâce à l’emploi d’une anode soluble.
La solution électrolytique contient des ions cuivre II (Cu2+(aq)),
des ions sulfate SO42-(aq) et de l’acide sulfurique.
On dissous le sulfate de cuivre CuSO4 dans 50mL d'acide
sulfurique H2SO4. On chauffe la solution dans un bécher à 65°C,
puis on plonge deux électrodes cylindriques et fines de cuivre
dans la solution. On effectue une électrolyse en imposant une intensité d'environ 0,3
A pendant une heure sous chauffage.
On pèse les deux électrodes :
m1 = 6,69 g et m2 = 8,02 g
Observations :
On observe que l'une des deux électrodes s'affine, tandis que l'autre s'épaissie. Après
pesée des deux électrodes, on trouve : m1 = 7,02 g et m2 = 7,72 g
Interprétations :
L'épaississement de la plaque de cuivre d'un côté est du au dépôt d'une couche de
cuivre métal, c'est à dire qu'il y a eu réduction des ions Cu2+. Tandis que l'autre
plaque qui s'est affiné, s'est oxydée pour libérer les ions Cu2+. Le tableau suivant
illustre les résultats et les interprétations :
Electrode
Transformation
Borne
Demi équation
Anode
Oxydation
+
Cu(s)anode = Cu2+(aq) + 2e-
Cathode
Réduction
-
Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s)cathode
A la cathode, il y a formation de cuivre solide, la masse de la plaque m1 a bien
augmenté de 7,02-6,69 = 0,33  mformé = 0,33 g soit de cuivre formé.
A l’anode, il y a consommation de cuivre solide, la masse de la plaque m2 a bien
diminué de 8,02-7,72 = 0,30  mconsommé = 0,30 g de cuivre consommé.
Théoriquement, on aurait du former une masse de cuivre mth = MCu.ne-/2 =
MCu.Q/(2.e.Na) = MCu.I.t./(2.e.Na) = 0,31.(60.60).63,546/(2.6,02.1023.1,6.10-19) =
0,368  mth = 0,368 g.
Le rendement est donc 100. mformé/mth = 0,33/0,368 = 89,67%.
On a donc formé moins de cuivre que prévu, mais on en a consommé moins
également.
Cette méthode permet de purifier le cuivre, car les impuretés du cuivre consommé à
l’anode ne sont pas réduites à la cathode, donc le dépôt formé est plus pur que celui
consommé. Ces impuretés diminuent les propriétés mécaniques et électriques du
cuivre. Le cuivre obtenue est pur à 99,99%.

Sarah Garçon TP de Chimie Inorganique Magistère PCM
Brahim Zardoua
- 3 -
2. Propriétés du cuivre métal
1. Propriétés optiques
Schéma du dispositif
Observations et interprétations

Sarah Garçon TP de Chimie Inorganique Magistère PCM
Brahim Zardoua
- 4 -
2. Propriétés mécaniques : malléabilité
Observations et interprétation
Lorsqu’on plie un fil de cuivre, on constate que celui-ci est très malléable, ceci du à sa
structure cristallin cubique à faces centrées très régulière.
Si on le martèle, on introduit des défauts dans sa structure, et le cuivre est alors
moins malléable.
En le chauffant au rouge et en le laissant refroidir, il recristallise dans une structure
régulière et redevient donc malléable.
Le recuit permet donc la réutilisation d’un métal martelé, afin de lui donner une autre
forme. En le chauffant au rouge, on rend au cuivre sa malléabilité.
C’est la raison pour laquelle le cuivre est utilisé pour les tuyaux de plomberie sanitaire
: chauffé les tubes peuvent être cintrés à souhait.
3. Propriétés catalytiques : expérience de la lampe sans flamme
Schéma du dispositif
Observations
Lorsque l’on introduit le tortillon de cuivre froid, il ne se passe rien.
Lorsque l’on introduit le tortillon de cuivre chauffé au rouge, on observe des vapeurs
dans le ballon, et un précipité orange dans la première éprouvette initialement
solution jaune. La liqueur de Fehling reste bleue. On observe que le fil de cuivre reste
incandescent pendant longtemps, avec des variations d'intensité et de couleur, et
qu'une odeur de pomme verte se dégage de la réaction.
Interprétations
Lorsque l’on met le tortillon de cuivre chauffé au rouge, les vapeurs d’éthanol
réagissent avec le dioxygène présent dans la bouteille. Le cuivre incandescent sert de
catalyseur. L’éthanol est oxydé en aldéhyde selon la réaction :
La réaction est exothermique et libère donc de l’énergie, ce qui permet donc au cuivre
de rester rouge, d’où le nom de l’expérience de la lampe sans flamme.
On forme donc un aldéhyde : l’éthanal.
Le test à la 2,4-DNPH caractérise les aldéhydes et cétones. On mélange le
composé organique à tester avec de la 2,4-DNPH. Si un précipité jaune
orangé de 2,4-dinitrophénylhydrazone apparaît, le test est positif et le
composé organique est soit un aldéhyde, soit une cétone. Sinon, le test est

Sarah Garçon TP de Chimie Inorganique Magistère PCM
Brahim Zardoua
- 5 -
négatif, et le composé organique n'est ni un aldéhyde, ni une cétone.
Dans notre expérience, le test étant positif, cela nous confirme la formation d’un
aldéhyde ou d’une cétone.
Le test à la liqueur de Fehling caractérise les aldéhydes. C’est un complexe basique
d’ion cuivrique par les ions tartrate. Les ions tartrate permettent de stabiliser les ions
cuivriques en milieu basique.
Au cours de la réaction, le cuivre oxyde l'aldéhyde pour donner un acide selon la
réaction d'oxydoréduction :
CH3CHO + 2Cu2+(aq) + 5HO-(aq) → CH3COO- + Cu2O(s) + 3H2O
La liqueur de Fehling initialement bleue (ions Cu2+) précipite en un dépôt Cu2O de
couleur rouge brique à chaud et cela uniquement en présence d'un composé qui
présente la fonction aldéhyde (tels les sucres).
Dans notre expérience, le test a la liqueur de Fehling n’a pas fonctionné. En effet, le
Cu2O n’a pas précipité, il est resté sous forme Cu2+(aq) et H2O. Notre solution bleue est
donc restée bleue. Malgré cela, nous savons que nous avons formé un aldéhyde.
La réaction de déshydrogénation de l’éthanol est thermodynamiquement possible.
½ O2 + CH3-CH2-OH  CH3-CHO + H2O rH°1
½ O2 + H2  H2O rH°2
rH°1 = rH°2 – D°(H-H) + fH°(CH3-CHO) - fH°(CH3-CH2-OH)
= rH°2 – D°(H-H) + D°(C=O) - D°(O-H) - D°(C -H) - D°(C-O)
= - 242 – 435 + 710 – 465 - 415 - 340
rH°1 = -1187 kJ.mol-1
rG°=rH° - TS° or ici S=0 car tout le système est gazeux (pas de variation du
désordre)
 rG°=rH° = -1187 kJ.mol-1 < 0
Donc la réaction est thermodynamiquement possible. Elle est catalysée par le cuivre
incandescent qui apporte l’énergie d’activation nécessaire.