Fiche explicative de la leçon: Autres tests pour les anions Chimie • Troisième année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier une sélection d’anions en solution aqueuse en fonction de leur réactivité, ainsi que de la couleur et de la solubilité de leurs sels.

En chimie, l’analyse qualitative consiste à identifier les composants d’une substance chimique inconnue. Une substance chimique peut être pure, auquel cas des mesures physiques telles que le point d’ébullition ou le point de fusion peuvent être utilisées pour identifier le composé inconnu. Si la substance inconnue est un mélange, les composants doivent être identifiés par des méthodes chimiques.

Les tests chimiques choisis pour analyser une substance inconnue ont un ordre et une méthodologie spécifiques conçus pour identifier facilement et avec précision les anions (parfois appelés radicaux acides) et les cations (parfois appelés radicaux basiques).

Lorsqu’une réaction chimique se produit, plusieurs changements possibles peuvent être observés, ou même une combinaison de changements tels que ceux illustrés sur le schéma ci-dessous.

Bien qu’un test primaire puisse nous donner une bonne indication d’un anion en particulier, d’autres résultats négatifs de tests peuvent souvent donner le même résultat. Donc, on effectue d’autres tests pour confirmer les tests primaires afin d’identifier avec exactitude les ions inconnus dans les substances solides ou leurs solutions.

Divers composés chimiques sont utilisés dans cette forme d’analyse qualitative pour classifier les anions inconnus, parfois appelés radicaux acides. Les anions sont des ions monoatomiques ou polyatomiques de charge négative. Étant donné que le nombre total d’électrons dans l’espèce chimique dépasse le nombre total de protons, les anions ont une charge nette négative.

L’anion qui reste après que les ions hydrogène aient été retirés d’un acide est appelé un radical acide. Le cation qui reste après que les ions hydroxyde sont séparés d’un composé d’hydroxyde est appelé un radical basique. Lorsque des radicaux acides et basiques interagissent chimiquement, un sel se forme.

On peut utiliser diverses substances chimiques pour identifier des radicaux acides inconnus en analyse qualitative. On peut détecter les anions d’abord à l’aide d’acide chlorhydrique dilué, puis à l’aide d’acide sulfurique concentré, et enfin à l’aide d’une solution de chlorure de baryum si l’anion n’a toujours pas été identifié.

L’ordre dans lequel on utilise ces réactifs pour tester les anions inconnus a de l’importance. L’acide chlorhydrique dilué peut être utilisé pour tester tout anion inconnu. Si l’acide chlorhydrique ne permet pas d’identifier le radical acide inconnu, il faut utiliser de l’acide sulfurique concentré. Si l’utilisation de l’acide sulfurique concentré n’est pas suffisante pour identifier l’anion inconnu, une solution de chlorure de baryum doit alors être utilisée.

La force des radicaux acides détermine l’ordre de cette séquence. Le réactif principal du premier groupe est l’acide chlorhydrique dilué. Cet acide est plus stable que les anions pour lesquels il est utilisé pour les détecter, comme l’anion carbonate. Dans cette situation, l’acide chlorhydrique remplace les anions les moins stables, entraînant un dégagement gazeux qu’on peut détecter.

L’acide sulfurique concentré appartient à la deuxième catégorie. Les anions qu’il permet d’identifier, tels que l’anion chlorure, qui est le réactif du test du premier groupe, sont plus stables que l’acide sulfurique.

Pour le dernier groupe, on n’a pas de réactif qui soit plus stable que les anions sulfate et phosphate, et on teste donc ce groupe avec une solution de chlorure de baryum.

Dans cette fiche explicative, nous examinerons deux groupes distincts d’anions : 

• les anions détectés à l’aide d’acide chlorhydrique dilué,
• les anions détectés à l’aide de chlorure de baryum.

L’acide chlorhydrique dilué peut être utilisé pour identifier les anions suivants : 

• carbonate (),
• sulfite (),
• bicarbonate (),
• sulfure (),
• thiosulfate (),
• nitrite ().

Dans cette fiche explicative, nous allons nous concentrer sur les ions suivants : 

• bicarbonate (),
• sulfure (),
• thiosulfate (),
• nitrite ().

On utilise l’acide chlorhydrique car cet acide est plus stable que les acides correspondant à ces anions. Par exemple, l’acide chlorhydrique est plus stable que l’acide carbonique (). Au cours des réactions chimiques utilisées pour identifier les anions inconnus, l’anion chlorure plus stable remplace l’anion inconnu, libérant un gaz ou formant un précipité. Dans le cas des tests où un gaz est produit, il est souvent nécessaire de légèrement chauffer le tube.

La réaction générale se produisant dans le premier groupe d’anions, détectés à l’aide d’acide chlorhydrique dilué, implique l’ajout de dilué à un sel solide.

Les ions bicarbonate réagissent avec les acides pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau.

L’ion bicarbonate () est également connu sous le nom d’ion hydrogénocarbonate. Il se comporte comme l’ion carbonate () dans certains cas, mais différemment dans d’autres cas. Une première méthode pour différencier un carbonate métallique d’un bicarbonate métallique consiste à essayer de les dissoudre dans l’eau : les sels stables de bicarbonate métallique sont tous solubles dans l’eau, mais de nombreux carbonates métalliques ne le sont pas. Tous les sels de carbonate sont insolubles dans l’eau, à l’exception du carbonate de sodium, du carbonate de potassium et du carbonate d’ammonium.

Pour un métal avec des sels de carbonate et de bicarbonate qui sont tous deux solubles (par exemple, le sodium), les tests pour les ions bicarbonate semblent identiques à ceux pour les ions carbonate.

Par conséquent, si on traite une substance avec de l’acide chlorhydrique dilué et qu’une effervescence se produit ou que des bulles de gaz se forment, alors la substance pourrait contenir des ions bicarbonate ou des ions carbonate. Bien qu’on puisse tester si le gaz est du dioxyde de carbone en utilisant le test à l’eau de chaux, on a besoin d’un test de confirmation pour le bicarbonate.

Le test de confirmation qu’on peut effectuer consiste à ajouter des ions d’un métal dont le sel de bicarbonate est soluble mais le sel de carbonate est insoluble. Pour cela, on peut introduire des ions magnésium en ajoutant du sulfate de magnésium () en solution.

Dans le cas des ions bicarbonate, une fois que ceux-ci sont mélangés avec les ions magnésium, on chauffe le mélange en solution. Le bicarbonate de magnésium se décompose et un précipité blanc de carbonate de magnésium se forme.

Voici le test complet.

On peut faire la différence entre un sel de carbonate et un sel de bicarbonate (ou hydrogénocarbonate) en effectuant ce test. Si on attend avant de chauffer le mélange et que le précipité blanc apparaît instantanément, alors des ions carbonate sont présents. Si le précipité blanc n’apparaît qu’après chauffage, alors des ions bicarbonate sont présents.

Des tests avec de l’acide chlorhydrique dilué sont également utilisés pour détecter la présence de l’anion sulfure.

L’ion sulfure () est l’équivalent soufré de l’ion oxyde (). De nombreux métaux formant des oxydes forment également des sulfures.

Dans le test primaire, l’ion sulfure est détecté par traitement avec de l’acide chlorhydrique dilué (). L’ion sulfure est converti en sulfure d’hydrogène, qui peut être détecté par sa réaction avec l’éthanoate de plomb (II) (également appelé acétate de plomb (II)).

Le sulfure de plomb est insoluble et fortement coloré, donc il donne une indication visuelle sûre de la présence de sulfure d’hydrogène.

Voici le test complet.

Un test de confirmation pour les ions sulfure en solution consiste à ajouter une solution de nitrate d’argent. Si des ions sulfure sont présents, un précipité noir de sulfure d’argent se forme.

Voici le test complet.

D’autres précipités peuvent être produits si des anions autres que le sulfure sont présents ; par exemple, les ions argent se combinent avec les ions carbonate pour produire un précipité blanc de carbonate d’argent. Cependant, la couleur distinctive du précipité de sulfure d’argent doit toujours être visible si des ions sulfure sont présents.

Exemple 1: Identifier le contre-ion du sodium dans un sel à partir de tests chimiques

L’image montre une série de tests effectués sur un sel de sodium inconnu, .

Quelle formule le sel de sodium inconnu est-il susceptible d'avoir ? 

Réponse

Sur l’image, une solution de est traitée avec du nitrate d’argent (), ce qui produit un mélange noir. Un autre échantillon de la solution de est d’abord traité avec de l’acide chlorhydrique (), produisant un gaz malodorant. Après cela, le mélange est traité avec de l’acétate de plomb (), produisant un autre mélange noir.

Ces tests chimiques sont cohérents avec la présence d’ions sulfure (). Si contient des ions , l’ajout de nitrate d’argent produit un précipité noir de sulfure d’argent ().

De plus, en présence d’acide chlorhydrique, les ions sulfure réagissent pour produire du sulfure d’hydrogène gazeux qui sent les œufs pourris. L’ajout d’acétate de plomb produit un précipité noir de sulfure de plomb (s’il reste suffisamment de sulfure d’hydrogène, ou s’il reste des ions sulfure).

Par conséquent, le sel de sodium doit contenir des ions sulfure.

La formule probable de est donc .

Des tests à l’acide chlorhydrique dilué sont également utilisés pour détecter la présence de l’anion thiosulfate.

L’ion thiosulfate () est structurellement similaire à l’ion sulfate () et l’ion sulfite (). On peut considérer un ion thiosulfate comme un ion sulfate avec un oxygène remplacé par un soufre. Cependant, le degré d’oxydation du soufre dans le thiosulfate est en fait le même que dans le sulfite : 

Cela peut être utile à retenir car le test des sulfites et le test des thiosulfates sont très semblables : tous les deux commencent par l’ajout d’acide chlorhydrique. Si des ions thiosulfate sont présents, du dioxyde de soufre gazeux est produit, en plus de la formation d’un précipité jaune de soufre, qui est caractéristique de l’ion thiosulfate.

Comme peut être oxydé, on fait le test avec du dichromate de potassium. Au départ, la présence d’un précipité jaune est suffisante pour démontrer que des ions thiosulfate peuvent être présents.

Voici le test complet.

Un test de confirmation pour détecter l’ion thiosulfate repose sur sa capacité à réduire l’iode en ion iodure. Si on ajoute une solution d’iode à la solution à tester et qu’il y a suffisamment d’ions thiosulfate, la solution d’iode se décolore et les ions thiosulfate () s’oxydent pour former des ions tétrathionate (). Comme l’iode n’est pas particulièrement soluble dans l’eau, les solutions d’iode contiennent généralement aussi un peu d’iodure de potassium, ce qui aide les molécules de à se dissoudre.

Voici le test complet.

Des tests avec de l’acide chlorhydrique dilué sont également utilisés pour détecter la présence d’anions nitrite.

Les ions nitrite () ne sont pas stables dans des conditions acides. Ils peuvent être détectés par traitement à l’acide chlorhydrique. L’un des produits, l’acide nitreux, se décompose et libère du monoxyde d’azote gazeux qui n’est pas particulièrement soluble dans l’eau. Cependant, le monoxyde d’azote réagit avec l’oxygène de l’air pour produire du dioxyde d’azote qui a une couleur orange soutenue.

Voici le test complet.

Comme test de confirmation, le gaz qui est produit lorsque est mélangé avec le solide inconnu peut être passé à travers une solution de acidifiée avec de l’acide sulfurique concentré. La couleur violet foncé du permanganate s’estompe et passe à une solution rose pâle, presque incolore, à mesure que les ions permanganate sont réduits, comme le montre la figure ci-dessous.

Par conséquent, la production d’un gaz qui vire au brun et qui est oxydable est le test de confirmation pour l’ion nitrite.

Si un test avec de l’acide chlorhydrique s’avère inefficace, la deuxième étape du test consiste à utiliser de l’acide sulfurique concentré. L’acide sulfurique concentré est utilisé pour identifier les halogénures (, , et ) et les nitrates ().

Si les deux premières étapes du test avec de l’acide chlorhydrique dilué et de l’acide sulfurique concentré donnent des résultats négatifs, la troisième étape du test consiste à utiliser une solution de chlorure de baryum.

Une solution de chlorure de baryum peut être utilisée pour identifier les anions suivants : 

• phosphate (),
• sulfate ().

Aucun autre acide ne peut être utilisé pour déplacer les anions sulfate et phosphate, qui sont tous deux des anions d’acides très forts. L’acide chlorhydrique, par exemple, est moins stable que l’acide sulfurique et ne peut donc pas déplacer l’anion sulfate dans les solutions salines. En conséquence, on n’observe pas de libération de gaz dans ce groupe hétérogène, mais plutôt la formation d’un précipité.

Dans cette fiche explicative, nous nous intéresserons au phosphate ().

On peut détecter les ions phosphate par traitement avec du chlorure de baryum. Les ions baryum vont réagir avec les ions phosphate, produisant un précipité blanc de phosphate de baryum. Un précipité blanc similaire de sulfate de baryum se forme également lorsque du chlorure de baryum est ajouté à une solution inconnue contenant des ions sulfate. Donc, l’étape suivante consistant à ajouter de l’acide chlorhydrique dilué et à vérifier sa dissolution est une partie très importante de notre protocole du test.

Voici le test.

On peut confirmer la nature de ce précipité en ajoutant de l’acide chlorhydrique dilué. Un précipité de phosphate de baryum blanc se dissout à nouveau comme indiqué ci-dessous. Cependant, un précipité de sulfate de baryum blanc ne sera pas affecté par l’acide minéral.

Voici le test complet.

Un autre test de confirmation qu’on peut faire consiste à ajouter une solution de nitrate d’argent. Les ions phosphate réagissent avec les ions argent pour produire un précipité jaune de phosphate d’argent, qui peut être à nouveau dissous par l’ajout d’acide nitrique ou d’ammoniaque.

Voici le test complet.

Résumons ce que nous avons appris sur les procédures de tests supplémentaires pour identifier les anions.