TP Chimie n°5 : Conservation de l`élément cuivre

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TP2
A
Au ut to ou ur r d de e l l’ ’é él lé ém me en nt t c cu ui iv vr re e
Avant de manipuler, écoutez avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur
O
Ob bj je ec ct ti if fs s d de e l la a s sé éa an nc ce e : :
- Mettre en évidence expérimentalement la notion « d’élément chimique ».
- Mettre en évidence la conservation de l'élément cuivre au cours de quelques transformations chimiques.
Antoine Laurent de Lavoisier
(1743 - 1794)
«
« R Ri ie en n n ne e s se e p pe er rd d, , r ri ie en n n ne e s se e c cr ré ée e, , t to ou ut t s se e
t
tr ra an ns sf fo or rm me e » »
Anaxagore, dit de Clazomènes(1)
1. Étude préliminaire
Depuis l’Antiquité, le « métal rouge » est utilisé par l’homme pour ses vertus antibactériennes, notamment pour
soigner les infections et prévenir les maladies. Avant même la découverte des micro-organismes, les Égyptiens, les
Grecs, les Romains et les aztèques utilisaient des préparations à base de cuivre pour leurs maux de gorge, éruptions
cutanées et pour l’hygiène quotidienne.
Le cuivre est un oligo-élément indispensable à la vie (hommes, plantes, animaux, et microorganismes). Le corps
humain contient normalement du cuivre à une concentration d’environ 1,4 à 2,1 mg par kg. On le trouve dans le foie,
les muscles et les os où il y est transporté par la circulation sanguine au moyen d’une protéine nommée
céruléoplasmine.
1
Anaxagore (500 – 428 av. J.-C.), dit de Clazomènes en Ionie (région historique du monde grec antique située à l'ouest de l'Asie mineure, entre
Phocée et Milet), était un philosophe présocratique. On suppose qu'il a donné des cours à Athènes (où il arrive en -478) pendant près d'une
trentaine d'années, pendant lesquelles Socrate l'aurait peut-être connu. Il fut le premier philosophe à s’établir à Athènes, où il eut Périclès et
Euripide pour élèves.
Q
Q1 1. . Recherchez le symbole chimique de l’atome de cuivre ?
Q
Q2 2. . Comment peut-on reconnaître simplement le cuivre d’autres métaux comme le fer ou le plomb ?
Q
Q3 3. . Qu’est-ce qu’un cation ? Un anion ?
Q
Q4 4. . Qu’appelle-t-on transformation chimique ?
Questions

2
2. Mise en œuvre expérimentale
E
Ex xp pé ér ri ie en nc ce e n n° °1 1 : :
Action de l'acide nitrique sur le cuivre
 Placer un morceau de tournure de cuivre (Cu) d'environ 1 cm dans un tube à essai.
 Sous la hotte, munis de gants et de lunettes, ajouter avec précaution environ 1 mL de la solution d'acide nitrique
concentré (ions NO3 et H+).
Cette expérience s’accompagne d’un dégagement gazeux toxique (NO2), il est impératif de la faire
sous la hotte.
 Faites un schéma de l’expérience et indiquez (couleurs, chaleur, dégagement gazeux,…) ce que vous observez.
 Préciser (dans un tableau) la forme de l’élément cuivre (atome, ion,…) avant et après la transformation chimique.
E
Ex xp pé ér ri ie en nc ce e n n° °2 2 : :
Action du fer sur une solution contenant des ions cuivre II
 Dans un tube à essai, introduire un tampon de laine de fer ou un peu de fer en poudre.
 Ajouter quelques millilitres de la solution contenant des ions Cu2+ (solution de sulfate de cuivre contenant les ions
SO42- et Cu2+).
 Observer.
 Faites un schéma de l’expérience et indiquez (couleurs, chaleur, dégagement gazeux,…) ce que vous observez.
 Préciser (dans un tableau) la forme de l’élément cuivre (atome, ion,…) avant et après la transformation chimique.
E
Ex xp pé ér ri ie en nc ce e n n° °3 3 : :
Obtention de l'hydroxyde de cuivre (II)
 Dans un bécher, verser environ 50mL de la solution de sulfate de cuivre.
 Ajouter quelques millilitres de la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (ions Na+ et HO).
 Observer.
 Filtrer et recueillir le précipité d'hydroxyde de cuivre (Cu(OH)2) obtenu dans une coupelle propre.
 Faites un schéma de l’expérience et indiquez (couleurs, chaleur, dégagement gazeux,…) ce que vous observez.
 Préciser (dans un tableau) la forme de l’élément cuivre (atome, ion,…) avant et après la transformation chimique.
E
Ex xp pé ér ri ie en nc ce e n n° °4 4 : :
Chauffage de l'hydroxyde de cuivre (II)
 Muni de lunettes, chauffer doucement le précipité d'hydroxyde de cuivre (II) dans une coupelle de verre
(attention aux projections). Cessez de chauffer quand une nette coloration noire apparaît.
 Observer.
 Faites un schéma de l’expérience et indiquez (couleurs, chaleur, dégagement gazeux,…) ce que vous observez.
 Préciser (dans un tableau) la forme de l’élément cuivre (atome, ion,…) avant et après la transformation chimique.
E
Ex xp pé ér ri ie en nc ce e n n° °5 5 : :
Action du carbone sur l'oxyde de cuivre (CuO)
 Mélanger intimement une spatule de poudre de carbone et une spatule de poudre d'oxyde de cuivre (II), obtenue
dans l’expérience précédente, sur une feuille de papier.
 Placer le mélange dans un tube à essai puis chauffer.
 Observer.
 Faites un schéma de l’expérience et indiquez (couleurs, chaleur, dégagement gazeux,…) ce que vous observez.
 Préciser (dans un tableau) la forme de l’élément cuivre (atome, ion,…) avant et après la transformation chimique.
Questions

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3. Conclusion
Expliquez ce qu’a voulu dire Lavoisier (ou plutôt Anaxagore de Clazomènes) en énonçant la phrase citée au début de
l’activité. Argumentez (justifiez) votre réponse en utilisant les expériences réalisées pendant cette activité
expérimentale.
A
AN NN NE EX XE E
Tableau récapitulatif :
Formule
chimique
Couleur
État
physique
Métal, ion
ou précipité ?
Obtenu dans quelle transformation ?
Cu
Cu2+
Cu(OH)2
CuO
/
Cycle du cuivre :
Q
Q5 5. . En vous aidant des expériences précédentes, remplissez le tableau récapitulatif en annexe.
Q
Q6 6. . En vous aidant des expériences précédentes, remplissez le cycle du cuivre en annexe.
Action de l’acide nitrique

4
C
CO OR RR RE EC CT TI IO ON N
Réponses aux questions :
Q
Q1 1. .
Le symbole chimique du cuivre est Cu.
Q
Q2 2. .
La couleur rouge-orangée est caractéristique du cuivre métallique.
Q
Q3 3. .
Un cation est un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons alors qu’un anion est un atome qui a gagné un ou
plusieurs électrons.
Q
Q4 4. .
On appelle transformation chimique, une transformation au cours de laquelle des réactifs (substances
présentes au départ) sont consommés pour former des produits nouveaux (substances formées après la
transformation).
Expérience n°1 : Action de l'acide nitrique sur le cuivre
Observations :
 Le cuivre disparaît : il réagit avec l'acide nitrique.
 La solution se colore en bleu : il se forme des ions cuivre (II).
 Un gaz roux apparaît au dessus de la surface du liquide : il s'agit de dioxyde d'azote.
3Cu(s) + 2NO3- + 8H+  3Cu2+ + 2NO(g) + 4H2O(ℓ)
2NO(g) + O2 (g)  2NO2 (g)
Expérience n°2 : Action du fer sur une solution contenant des ions cuivre
Observations :
- Un dépôt de cuivre se forme sur le tampon de laine de fer ;
- La solution contenant les ions Cu2+ (bleue) se décolore : les ions
cuivre (II) disparaissent.
Cu2+ + Fe  Cu + Fe2+
Expérience n°3 : Obtention de l'hydroxyde de cuivre (II)

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CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4
OU Cu2+ + 2HO- → Cu(OH)2
 Chauffage de l'hydroxyde de cuivre (II) :
Observations :
Le précipité d'hydroxyde de cuivre noircit. Il se forme de l'oxyde de cuivre (CuO).
Cu(OH)2 → CuO + H2O
 Action du carbone sur l'oxyde de cuivre :
Observations :
 Le mélange devient incandescent.
 Il se forme un dépôt de cuivre sur les parois du tube.
2CuO + C → 2Cu + CO2
Chauffage
(déshydratation)
Chauffage