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Fiche explicative de la leçon: Les sels Chimie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à déterminer et interpréter le nom des sels simples, et à décrire la préparation des sels solubles et insolubles.

Souvent, le mot sel est employé afin de désigner le sel de table utilisé pour aromatiser les aliments. En chimie, le mot sel fait référence à un type de substance bien plus général. Un sel est un composé ionique constitué de cations liés à des anions.

Définition : Sel

Un sel est un composé ionique constitué de cations et d’anions.

Un cation est un ion chargé positivement. Quelques exemples de cations comprennent Na+, Li+, Mg2+, K+, Ca2+, Fe2+, Fe3+, Co2+, Cu2+ et Ag+, ainsi que des cations polyatomiques tels que l’ion ammonium NH4+.

Un anion est un ion chargé négativement. Quelques exemples d’anions comprennent O2, Cl, N3, S2, I, Br, F et P3, ainsi que des anions polyatomiques tels que l’anion nitrate NO3, l’anion sulfate SO24 et l’anion carbonate CO32.

Il y a de nombreuses réactions qui produisent des sels, dont les suivantes:

  • les réactions acido-basiques
  • la réaction des acides avec les métaux
  • la réaction des acides avec les carbonates

Le tableau suivant montre une sélection de sels qui peuvent être formés à partir de réactions acido-basiques. L’anion de chaque acide est représenté en rouge et le cation de chaque base en bleu. Le sel, dans chaque cas, est formé en combinant l’anion de l’acide et le cation de la base.

AcideAnion de l’acideBaseCation de la baseSel
HClClChlorureMg(OH)2Mg2+MagnésiumMgCl2Chlorure de magnésium
HClClChlorureKOHK+PotassiumKClChlorure de potassium
HNO3NO3NitrateFeO23Fe3+Fer(III)Fe(NO)33Nitrate de fer(III)
HNO3NO3NitrateNaOHNa+SodiumNaNO3Nitrate de sodium
HSO24SO24SulfateCa(OH)2Ca2+CalciumCaSO4Sulfate de calcium
HSO24SO24SulfateCuOCu2+Cuivre(II)CuSO4Sulfate de cuivre(II)
HPO34PO34PhosphateNHOH4NH4+Ammonium(NH)PO434Phosphate d’ammonium
HCO23CO32CarbonateCa(OH)2Ca2+CalciumCaCO3Carbonate de calcium
CHCOOH3CHCOO3AcétateKOHK+PotassiumKCHCOO+3Acétate de potassium

Pour nommer un sel, le nom de l’anion est écrit en premier, et on lui donne le suffixe -ure pour les ions avec un seul élément, ou -ite ou -ate pour les ions polyatomiques contenant de l’oxygène. Le nom du cation est écrit en second, et il est identique au nom de l’élément.

Exemple 1: Revoir les suffixes des anions avec un seul atome

Le lithium et le fluor réagissent pour produire un sel de formule LiF. Quel est le nom de ce sel?

Réponse

Le nom d’un sel peut être déduit de sa formule, et la formule peut être déduite du nom. La question fournit la formule d’un sel (LiF). En identifiant les éléments ou les ions à partir de la formule, nous pouvons déterminer le nom de ce composé ionique.

Le composé contient deux éléments, le lithium (Li) et le fluor (F).

Les sels sont composés d’un cation métallique et d’un anion non métallique. Dans ce cas, le lithium forme un cation et le fluor un anion, que nous appelons l’anion fluorure.

Le nom du cation métallique est écrit en second et c’est le même que le nom de l’élément. Le nom du cation métallique est donc lithium. Le nom de l’anion non métallique est écrit en premier.

Le nom du sel est donc fluorure de lithium.

Certains sels peuvent se dissoudre dans l’eau pour produire des solutions aqueuses acides, basiques ou neutres. Le type de solution produit dépend de l’identité du sel et de sa composition, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

ProduitExemples de cationsExemples d’anionsExemples de sels
Sels acidesSolutions acidespH <7NH4+NHBr4
NHNO43
Sels neutresSolutions neutrespH 7K+
Ca2+
Li+
Cs+
Rb+
Ba2+
Sr2+
Na+
Cl
I
Br
NO3
SO24
CaBr2
NaSO24
Sels basiquesSolutions basiquespH > 7F
CO32
HCO3
O2
NaF
NaCO23

Le tableau montre deux exemples de sels qui produisent des solutions acides. L’ion ammonium (NH4+) est un exemple de cation acide, car il peut réagir avec les bases. Un sel d’ammonium tel que le nitrate d’ammonium est acide, car il produit l’ion hydronium (HO3+) lorsque le sel se dissout dans l’eau. Les équations suivantes indiquent les réactions qui ont lieu pour produire l’ion hydronium acide:NHNO()NH()+NO()NH()+HO()NH()+HO()434+34+233+saqaqaqlaqaq

Les sels basiques produisent des solutions basiques, dont le pH est supérieur à 7, et qui réagissent avec les acides. Quelques anions basiques sont l’anion fluorure, les anions carbonate et bicarbonate, ainsi que l’anion oxyde. Un exemple de sel qui produit une solution basique lorsqu’il est dissous dans l’eau est le fluorure de sodium. Les équations ci-dessous montrent que les ions fluorure du sel dissous peuvent réagir avec l’eau, formant l’ion hydroxyde (OH) basique:NaF()Na()+F()F()+HO()HF()+OH()saqaqaqlaqaq+2

Les sels neutres se dissolvent dans l’eau pour produire des solutions neutres. Avec un pH d’environ 7, ils ne réagissent ni avec les acides ni avec les bases. De nombreux cations métalliques, ainsi que les ions chlorure, bromure, iodure, nitrate et sulfate, sont neutres. Le sulfate de sodium est un exemple de sel qui forme une solution neutre lorsqu’il est dissous dans l’eau.

Exemple 2: Identifier un sel acide

Lequel des sels suivants produit une solution acide lorsqu’il est dissous dans l’eau?

  1. KBr
  2. NHNO43
  3. NaCO23
  4. CHCOONa3

Réponse

L’identité du cation et de l’anion dans un sel détermine si le sel produit une solution acide, basique ou neutre lorsqu’il est dissous dans l’eau. Parmi les réponses possibles, seul l’ion ammonium (NH4+), provenant du sel nitrate d’ammonium (NHNO43), est acide. Le sel NHNO43 va donc produire une solution acide selon les équations suivantes:NHNO()NH()+NO()NH()+HO()NH()+HO()434+34+233+saqaqaqlaqaqNHNO43 se dissout pour former NH4+ et NO3 en solution, et l’ion NH4+ peut alors réagir avec l’eau pour former l’ion hydronium (HO3+) acide.

Les sels ne sont pas tous solubles dans l’eau. Par conséquent, il existe différentes manières de préparer les sels solubles et insolubles.

Les sels solubles peuvent être préparés grâce à des réactions de neutralisation. L’équation chimique générale d’un acide réagissant avec une base est la suivante:Acide+basesel+eau

Réaction : Production d’un sel à partir de la réaction d’un acide avec une base

Acide+basesel+eau

Un exemple de réaction de neutralisation est la réaction entre l’acide chlorhydrique (HCl()aq) et l’hydroxyde de sodium (NaOH()aq), qui produit le sel soluble chlorure de sodium (NaCl()aq).

Comment : Préparer un sel à partir d’une base soluble

Le montage expérimental pour préparer un sel à partir d’une base soluble est illustré ci-dessous. Ici, un sel est préparé en faisant réagir de l’acide chlorhydrique avec de l’hydroxyde de sodium.

Un indicateur tel que la phénolphtaléine peut être utilisé pour indiquer quand la réaction est terminée. Lorsque le mélange réactionnel est complètement neutralisé, l’indicateur change de couleur. En utilisant cette approche, les volumes exacts d’acide et d’alcali se neutralisant complètement peuvent être déterminés.

La préparation peut alors être réalisée comme suit:

  1. L’acide et l’alcali, qui sont tous deux solubles dans l’eau, sont mélangés. Les bonnes proportions de chaque réactif sont nécessaires pour qu’ils se neutralisent complètement. Par conséquent, l’acide est souvent ajouté lentement à la base, ou la base lentement à l’acide, ce qui peut être réalisé en utilisant une burette.
  2. Chauffez le mélange réactionnel afin d’éliminer la plus grande partie du solvant constitué d’eau.
  3. Une fois que la solution est saturée et que des cristaux apparaissent sur le bord de la solution, arrêtez de chauffer.
  4. Laissez la solution saturée s’évaporer à sec à température ambiante dans un récipient large et peu profond.
  5. Au bout d’un certain temps, toute l’eau se sera évaporée, laissant derrière elle des cristaux de chlorure de sodium.
  6. Les cristaux peuvent être filtrés pour éliminer tout excès de solvant ou encore séchés en utilisant du papier filtre ou dans un four.

L’équation chimique de cette réaction est la suivante:

L’anion de l’acide et le cation de la base se combinent pour former un sel, le chlorure de sodium, et l’acide donne un ion hydrogène (H+) à la base.

Exemple 3: Expliquer les étapes de la préparation d’un sel soluble à partir de réactifs solubles

Le chlorure de sodium peut être préparé en faisant réagir de l’hydroxyde de sodium avec de l’acide chlorhydrique. Dans une expérience, un volume fixe d’hydroxyde de sodium et quelques gouttes de phénolphtaléine ont été ajoutés dans un erlenmeyer. De l’acide chlorhydrique a ensuite été ajouté, à partir d’une burette, jusqu’à ce que la réaction soit complète. La réaction a ensuite été répétée, sans indicateur, mais en utilisant le volume exact d’acide chlorhydrique déterminé dans l’expérience précédente. La solution obtenue a ensuite été chauffée pour produire des cristaux blancs de chlorure de sodium.

  1. Pourquoi a-t-on ajouté quelques gouttes de phénolphtaléine à la solution au début?
    1. Pour augmenter la solubilité du chlorure de sodium
    2. Pour augmenter la basicité de l’hydroxyde de sodium
    3. Pour éliminer les impuretés présentes dans la solution
    4. Pour agir comme un indicateur et nous informer lorsque la réaction est terminée
    5. Pour agir comme un catalyseur dans la réaction
  2. Pourquoi cette méthode ne fonctionnerait-elle pas pour produire des cristaux de sulfate de cuivre à partir d’oxyde de cuivre(II) et d’acide sulfurique à température ambiante?
    1. L’oxyde de cuivre est insoluble, et il ne formerait pas une solution aqueuse.
    2. Le sulfate de cuivre ne se forme que lorsque l’oxyde de cuivre réagit avec le dioxyde de soufre.
    3. L’oxyde de cuivre ne réagit pas avec l’acide sulfurique.
    4. L’oxyde de cuivre étant acide, il ne réagirait pas avec l’acide sulfurique.
    5. Le sulfate de cuivre précipite dans la solution, et une filtration serait donc nécessaire.
  3. Pourquoi le chlorure de sodium ne pourrait-il pas être obtenu en filtrant la solution?
    1. Toutes les impuretés insolubles ne seraient pas séparées par filtration.
    2. Tout excès d’acide chlorhydrique brûlerait le papier filtre.
    3. Le chlorure de sodium est soluble et ne devrait donc pas être séparé par filtration.
    4. Seuls les ions sodium seraient filtrés et non les ions chlorure.

Réponse

Partie 1

Dans cette expérience, l’acide chlorhydrique et l’hydroxyde de sodium réagissent pour produire le sel chlorure de sodium et de l’eau, suivant l’équation:HCl()+NaOH()NaCl()+HO()aqaqaql2

L’acide et la base sont tous deux incolores, ainsi que le sel, et il est donc impossible d’observer quand suffisamment d’acide a été ajouté et que toute la base a réagi. Un indicateur est donc utilisé pour indiquer quand la réaction est terminée.

La phénolphtaléine est un composé organique incolore dans les solutions acides et rose dans les solutions alcalines. Il peut donc être utilisé comme indicateur pour indiquer si une solution est acide ou basique.

Dans cette réaction, la solution initiale est rose car elle est basique. L’acide est ajouté lentement à la base jusqu’à ce qu’il y en ait juste assez pour neutraliser la base. À ce moment, la phénolphtaléine devient incolore. La bonne réponse est D, pour agir comme un indicateur et nous informer lorsque la réaction est terminée.

Partie 2

L’oxyde de cuivre est un solide noir, insoluble. Lorsque cet oxyde basique réagit avec un acide chauffé, un sel et de l’eau se forment, selon l’équation suivante:CuO()+HSO()CuSO()+HO()saqaql2442

Cette méthode ne fonctionnerait pas pour produire des cristaux de sulfate de cuivre car l’un des réactifs est insoluble dans l’eau. La bonne réponse est A. L’oxyde de cuivre est insoluble, et il ne formerait pas une solution aqueuse.

Partie 3

Le chlorure de sodium est un sel soluble. Si la solution de chlorure de sodium était filtrée, le sel de chlorure de sodium passerait à travers le papier filtre avec le filtrat. La filtration ne convient que pour séparer des particules solides d’un liquide. La bonne réponse est C, le chlorure de sodium est soluble et ne serait donc pas séparé par filtration.

Une autre façon de préparer un sel soluble à partir d’une réaction de neutralisation consiste à faire réagir un acide avec une base insoluble, tel qu’un oxyde métallique.

Cependant, de nombreux oxydes métalliques sont insolubles dans l’eau et, par conséquent, l’acide est habituellement chauffé légèrement pour augmenter la vitesse de la réaction entre l’acide et la base. Un exemple est la réaction entre l’acide nitrique (HNO3) et la base insoluble d’oxyde de cuivre(II) (CuO). Le sel soluble nitrate de cuivre(II) (Cu(NO)()32aq) est produit.

Comment : Préparer un sel à partir d’une base insoluble

Le montage expérimental pour préparer un sel à partir d’une base insoluble est illustré ci-dessous. Ici, un sel est préparé en faisant réagir de l’acide nitrique avec de l’oxyde de cuivre solide.

  1. Ajoutez un excès de base insoluble à l’acide et mélangez en chauffant doucement. Tout l’acide doit réagir car la base est en excès.
  2. Une fois qu’il n’y a plus de base qui se dissout, filtrez le mélange réactionnel pour éliminer l’excès de réactif solide.
  3. Chauffez le filtrat, qui contient le sel produit dissous, pour retirer la plus grande partie de l’eau.
  4. Une fois que la solution est saturée et que des cristaux apparaissent sur le bord de la solution, arrêtez de chauffer.
  5. Laissez la solution saturée s’évaporer à sec à température ambiante, dans un récipient large et peu profond.
  6. Au bout d’un certain temps, toute l’eau se sera évaporée, laissant derrière elle des cristaux du sel.
  7. Les cristaux peuvent être filtrés pour éliminer tout excès de solvant ou encore séchés en utilisant du papier filtre ou dans un four.

L’équation de la réaction est la suivante:

L’anion de l’acide et le cation de la base forment le sel soluble nitrate de cuivre(II) (Cu(NO)()32aq), et les ions hydrogène de l’acide ainsi que l’ion oxyde de la base se lient pour former de l’eau.

Exemple 4: Expliquer la préparation d’un sel soluble à partir d’un acide et d’un réactif insoluble

Un élève veut préparer un sel en utilisant de l’oxyde de cuivre(II), une base insoluble et de l’acide sulfurique. L’élève ajoute un excès d’oxyde de cuivre(II) à de l’acide sulfurique chaud et remue. Au bout d’un certain temps, il observe que la solution devient bleue. Une fois la réaction terminée, la solution est filtrée puis chauffée doucement pour induire la cristallisation. L’échantillon est ensuite complètement séché, produisant des cristaux bleus.

  1. Pourquoi l’acide sulfurique est-il chauffé?
    1. pour diminuer la solubilité de l’oxyde de cuivre(II)
    2. pour éliminer les impuretés présentes dans l’acide sulfurique
    3. pour augmenter la force de l’acide sulfurique
    4. pour empêcher la solution de geler
    5. pour augmenter la vitesse de réaction entre l’oxyde de cuivre(II) et l’acide sulfurique
  2. Quelle est l’équation de réaction, avec les symboles des états, pour la réaction chimique entre l’oxyde de cuivre(II) et l’acide sulfurique?
    1. CuO()+HSO()CuSO()+HO()saqaql2442
    2. CuO()+HS()CuS()+HO()saqaql22
    3. CuO()+HSO()CuSO()+HO()224242saqaql
    4. CuO()+HSO()CuS()+HO()+2O()saqaqlg2422
    5. CuO()+HSO()CuSO()+HO()laqsl2442
  3. Pourquoi la solution est-elle filtrée?
    1. pour sécher l’échantillon de sulfate de cuivre
    2. pour obtenir le sulfate de cuivre
    3. pour enlever la couleur bleue de la solution
    4. pour enlever tout excès d’oxyde de cuivre(II)
    5. pour éliminer l’excès d’acide sulfurique

Réponse

Partie 1

La réaction entre l’oxyde de cuivre(II) et l’acide sulfurique est lente car l’un des réactifs, l’oxyde de cuivre(II), est insoluble dans l’eau. L’acide sulfurique est donc chauffé pour augmenter la vitesse de la réaction. La bonne réponse est E, pour augmenter la vitesse de réaction entre l’oxyde de cuivre(II) et l’acide sulfurique.

Partie 2

L’oxyde de cuivre(II) a comme formule CuO, et c’est un solide insoluble;par conséquent, il a ()s comme symbole de son état. L’acide sulfurique est soluble dans l’eau et a comme formule chimique HSO24 et ()aq comme symbole. Ils réagissent entre eux pour produire de l’eau et le sel soluble de sulfate de cuivre(II), avec la formule chimique CuSO4. L’équation chimique exacte pour cette réaction est donc A, CuO()+HSO()CuSO()+HO()saqaql2442.

Partie 3

La solution est filtrée pour éliminer tout oxyde de cuivre(II) restant qui n’a pas réagi, et qui est ajouté en excès au début de la réaction. Comme l’oxyde de cuivre(II) est solide, la filtration est une bonne technique pour l’enlever de la solution. La bonne réponse est D, pour éliminer tout excès d’oxyde de cuivre(II).

On peut obtenir des sels insolubles en faisant réagir deux sels solubles ensemble. Le sel insoluble précipite dans la solution, et on appelle cela une réaction de précipitation.

Définition : Réaction de précipitation

Une réaction qui forme un produit solide insoluble à partir de la réaction entre deux substances solubles en solution.

Un exemple de formation d’un sel insoluble à partir d’une réaction de précipitation est la réaction entre des solutions de nitrate d’argent et de chlorure de sodium. Les deux réactifs sont solubles dans l’eau, mais lorsqu’ils sont mélangés, un sel insoluble de chlorure d’argent blanc se forme.

Comment : Préparer un sel insoluble à partir de deux sels solubles

Le montage expérimental pour préparer un sel insoluble à partir de deux substances solubles est illustré ci-dessous. Ici, un sel est préparé en faisant réagir une solution de chlorure de sodium avec une solution de nitrate d’argent.

  1. Préparez des solutions aqueuses des deux réactifs. Ici, ce sont du chlorure de sodium et du nitrate d’argent.
  2. Mélangez les deux solutions ensemble. Immédiatement, un sel insoluble, le chlorure d’argent, se forme et précipite dans la solution sous la forme d’une fine poudre blanche.
  3. Filtrez la solution, le précipité restera sur le papier filtre.
  4. Rincez le précipité avec de l’eau distillée.
  5. Séchez le précipité, cela peut généralement être réalisé dans un four chaud.

Le bilan de cette réaction est le suivant:Nitratedargent+chloruredesodiumchloruredargent+nitratedesodium

Et l’équation de la réaction chimique est la suivante:

Dans une réaction de précipitation, les deux sels solubles échangent des anions. C’est ce qu’on appelle aussi une réaction de déplacement double. L’anion chlorure (Cl) du chlorure de sodium se lie au cation argent (Ag+) du nitrate d’argent, formant un sel insoluble, le chlorure d’argent (AgCl).

Exemple 5: Écrire les équations ioniques pour une réaction de précipitation

Un précipité de sulfate de baryum peut être formé en faisant réagir du chlorure de baryum avec du sulfate de magnésium.

  1. Quelle est l’équation de réaction, avec les symboles des états, pour cette réaction?
  2. Quelle est l’équation ionique nette pour cette réaction?

Réponse

Partie 1

Le chlorure de baryum a comme formule chimique BaCl2 et le sulfate de magnésium est MgSO4. Ils sont tous les deux solubles dans l’eau et ont donc ()aq comme symbole de leur état. Les anions « échangent » leur place dans cette réaction de précipitation, et les produits sont le sulfate de baryum (BaSO4) et le chlorure de magnésium (MgCl2). Le sulfate de baryum est un précipité, qui est insoluble dans l’eau et qui comporte donc le symbole ()s. Le chlorure de magnésium est soluble dans l’eau et comporte donc le symbole ()aq. L’équation chimique est la suivante:BaCl()+MgSO()BaSO()+MgCl()2442aqaqsaq

Partie 2

Examinez l’équation chimique pour la réaction:BaCl()+MgSO()BaSO()+MgCl()2442aqaqsaq

Elle peut être écrite comme une équation ionique entière pour montrer quels sont les sels dissociés en ions distincts en solution. Les deux réactifs, ainsi que le produit chlorure de magnésium, sont dissous dans l’eau et existent sous forme d’ions. Le sulfate de baryum produit est insoluble et ne se dissocie pas en ions. L’équation ionique entière est la suivante:Ba()+2Cl()+Mg()+SO()BaSO()+Mg()+2Cl()2+2+2442+aqaqaqaqsaqaq

Ces espèces chimiques qui apparaissent des deux côtés de l’équation sont des ions spectateurs. Les ions spectateurs ne participent pas à la réaction et peuvent donc être éliminés de l’équation:Ba()+2Cl()+Mg()+SO()BaSO()+Mg()+2Cl()2+2+4242+aqaqaqaqsaqaq

L’équation ionique nette pour la formation du précipité est donc la suivante:Ba()+SO()BaSO()2+244aqaqs

Points clés

  • Un sel est un composé ionique constitué de cations et d’anions.
  • L’identité du cation et de l’anion dans un sel détermine si un sel est soluble dans l’eau ou non.
  • Les sels solubles peuvent être préparés grâce à des réactions de neutralisation en utilisant deux méthodes:
    • la réaction d’un acide soluble avec une base soluble
    • la réaction d’un acide soluble avec une base insoluble
  • Les sels insolubles peuvent être préparés en faisant réagir deux sels solubles ensemble lors d’une réaction de précipitation.
  • Le nom d’un sel a le nom de l’anion écrit en premier et le nom du cation écrit en second. On donne au nom de l’anion le suffixe -ure pour les ions avec un seul élément, ou -ite ou -ate pour les ions polyatomiques contenant de l’oxygène.
  • Lorsqu’un sel se dissout dans l’eau, il peut produire une solution acide, basique ou neutre.

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