- enseignement Catholique
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HPT Formation scientifique UAA9 AUTEUR : Pascale Sartiaux Fiche d’expérience 9 Un métal se transforme en ion Ces expériences seront réalisées sous hotte par le professeur. 1. Objectif de l’expérience Illustrer la réaction chimique qui se produit lorsqu’un atome métallique se transforme en ion positif. 2. Description générale Les métaux ont des propriétés physiques communes. Qu’en est-il de leurs propriétés chimiques. Se comportent-ils tous de la même manière ? Pour répondre à cette question, la réaction entre le sodium et l’eau, d’une part, et la réaction entre le calcium et l’eau, d’autre part, vont être réalisées. Ces expériences montreront que les propriétés chimiques du sodium et du calcium sont semblables, mais « l’intensité » des réactions est différente. 3. Matériel et produits - du sodium (conservé à l’abri de l’air dans l’éther de pétrole) du calcium en granulés de l’eau distillée une solution de phénolphtaléine - 2 berlins de 500 mL 1 grillage de protection 1 cutter (ou scalpel) 1 pince 1 petit entonnoir 1 tube à essai 1 briquet ou allumette 1 Document1 4. Procédure a) Réaction entre le sodium et l’eau 1) Remplir un berlin avec environ 50 mL d’eau distillée. 2) Ajouter quelques gouttes de phénolphtaléine. Observer la couleur de la solution. 3) Découper un petit morceau de sodium à l’aide du cutter et le prélever à l’aide de la pince. Observer son éclat gris métallique visible sur la tranche fraîchement coupée. 4) Jeter le morceau de sodium dans l’eau et couvrir aussitôt le berlin avec le grillage. 5) Observer, écouter. b) Réaction entre le calcium et l’eau 1) Remplir un berlin avec environ 50 mL d’eau distillée. 2) Ajouter quelques gouttes de phénolphtaléine. Observer la couleur de la solution. 3) Préparer l’entonnoir surmonté du tube à essai. 4) Jeter quelques grains de calcium dans l’eau. 5) Aussitôt, placer l’entonnoir surmonté du tube à essai sur le calcium (voir schéma ci-contre). Observer. 6) Après réaction, réaliser le test d’identification de l’H2. 5. Notes pour le professeur Au cours des deux réactions, on peut observer une effervescence (due à la libération de dihydrogène). Le dihydrogène est récolté lors de la réaction avec le calcium. Il est possible de montrer que le gaz produit est du dihydrogène en approchant une flamme du tube à essai (bruit caractéristique). - Il est possible de montrer la tendance différente des métaux à perdre des électrons en visualisant la violence de la réaction. o Dans le cas du sodium, la réaction est vive, le sodium flotte, se déplace rapidement à la surface de l’eau (signe qu’un gaz est émis lors de la réaction) et prend la forme d’une boule (fusion). La réaction peut être accompagnée de petites flammes jaune-orange (couleur caractéristique du sodium), l’explosion de dihydrogène peut survenir (le grillage en évite les inconvénients). o Dans le cas du calcium, la réaction est moins spectaculaire : des bulles se dégagent au niveau du calcium et se rassemblent dans le tube à essai. L’hydroxyde de calcium est peu soluble, il apparaît sous forme d’un précipité blanc autour du métal. - Après l’ajout de sodium ou de calcium, l’indicateur (la phénolphtaléine) prend une teinte rose fuchsia, caractéristique des milieux basiques. - On peut faire observer les propriétés du sodium : o le sodium est un métal qui réagit très bien avec le dioxygène de l’air, o on peut facilement écraser le sodium avec une spatule (il est malléable), o lorsqu’on le jette dans l’eau, le sodium flotte (sa masse volumique est inférieure à celle de l’eau. Na = 0,968 kg/L à 20 °C), o il se met en boule au contact de l’eau car il fond (sa température de fusion est de 97,8 °C), o il réagit avec l’eau. 2 Document1 6. Sécurité La réalisation d’expériences en particulier en chimie suppose le respect d’un certain nombre de règles permettant à chacun, élèves et professeur, de vivre ces séances de laboratoire dans les meilleures conditions de sécurité. Pour chaque local où se déroulent de telles expériences, existe un règlement de laboratoire, approuvé par le Conseiller en Prévention. Il sera signé par le chef d’établissement, le professeur, l’élève et ses parents/responsables. Chaque élève a une bonne connaissance de ce document. Analyse de risques Phases Avant (Professeur) Pendant (Professeur et élèves) Après (Professeur et élèves) Points-clés Organisation de la classe Réaction du sodium avec l’eau. Test d’identification de l’H2 Evacuation des déchets et nettoyage du laboratoire Sources de danger ou nature du risque Mesures de prévention préconisées Les élèves doivent se placer de façon à bien voir les expériences sans être trop près (risques possibles d’explosion) Le professeur porte des lunettes de sécurité. Au besoin reproduire l’expérience pour que la réaction soit visible pour tous. Explosion. Travailler avec de petites quantités de métal. Travailler sous hotte. Tenir les élèves à une distance raisonnable. Récolter les solutions basiques dans un container prévu à cet effet. L’évacuer selon les normes. Informations sur les réactifs Sodium Conserver à l’abri de l’air et de l’eau. Ne jamais laisser le sodium à découvert dans son récipient. Si le sodium a un aspect blanchâtre (sodium recouvert d’une couche étanche de carbonate de sodium. Ce phénomène est dû au sodium qui s’est oxydé et est resté au contact du CO2 atmosphérique), il faut le gratter avant de l’utiliser ou n’utiliser que des morceaux fraîchement coupés. Calcium 7. Prolongement possible Il est possible de montrer la réactivité croissante au sein d’une famille en visionnant des expériences postées sur Youtube. Par exemple (vidéo en anglais), https://youtu.be/zmmu607BZDI 3 Document1 8. Développements attendus principalement visés Distinguer expérimentalement corps métalliques et corps non métalliques sur base de leurs propriétés (A1). L’élève réalise différentes expériences à l’aide de corps métalliques (par exemple : cuivre, aluminium, fer) et non métalliques (par exemple : soufre, phosphore rouge, carbone) afin de dresser un tableau comparatif de leurs propriétés physiques et chimiques. Lier le classement des éléments dans le tableau périodique à leurs propriétés (C5). L’élève énonce le lien qui existe entre la localisation d’un élément (métallique ou non métallique) dans le tableau périodique et ses propriétés macroscopiques. Décrire un ion comme un atome ayant gagné ou perdu un (des) électron(s) (C6). L’élève décrit un ion comme un atome ayant gagné ou perdu un (des) électron(s). 9. Bibliographie - DELSATE, Ph., CAPELLE, Ph., Recommandations pour une meilleure sécurité dans les laboratoires de sciences – Tous degrés, Fédération de l’enseignement secondaire catholique, 2006, téléchargeable à l’adresse suivante : http://admin.segec.be/documents/4675.pdf (page consultée le 03/11/2015) - TOMASINO, A., LORRIN, C., Chimie 2e, Ed. Nathan, France, 1993 4 Document1
