Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier les anions en solution aqueuse en fonction de leur réactivité, ainsi que de la couleur et de la solubilité de leurs sels.
Un test chimique en laboratoire repose généralement sur l’apparition de l’un des éléments suivants. Ce sont des signes fondamentaux qu’une réaction chimique s’est produite :
- un changement de couleur,
- la dégagement d’une odeur,
- un changement de température,
- la dégagement d’un gaz (telle que la formation de bulles),
- la formation d’un précipité.
Un test peut être positif ou négatif.
Un résultat de test positif (A) signifie que nous observons le changement que nous nous attendions à obtenir si la substance que nous testons est présente. Les résultats des tests B, C et D montrent des résultats négatifs ; cependant, certains tests chimiques donnent également les mêmes résultats pour d’autres substances (E), nous devrons donc utiliser d’autres méthodes pour confirmer nos premières impressions :
Un résultat de test négatif signifie que quelque chose d’autre s’est produit, ou bien rien du tout. Généralement, un résultat de test négatif signifie que nous pouvons être sûrs que la substance que nous avons testée n’est pas présente :
En combinant les tests appropriés et en utilisant à la fois les résultats positifs et les résultats négatifs, nous pouvons réduire le nombre de candidats jusqu’à ce que nous soyons sûrs de ce qui était et de ce qui n’était pas présent au départ.
Dans ce type d’analyse qualitative, différentes substances chimiques sont utilisées pour identifier des anions inconnus, également appelés radicaux acides. Les ions négatifs monatomiques et polyatomiques sont communément appelés anions. Les anions ont une charge négative nette car le nombre total d’électrons dans l’espèce chimique est supérieur au nombre total de protons.
Lorsque des ions hydrogène sont perdus à partir d’un acide, l’anion restant est appelé radical acide. De même, lorsque des ions hydroxyde sont perdus d’un composé hydroxylé, il reste le cation, appelé radical basique. Lorsque des radicaux acides et des radicaux basiques se combinent chimiquement, un sel se forme.
Nous examinerons trois groupes distincts d’anions dans cette fiche explicative :
- les anions détectés à l’aide d’acide chlorhydrique dilué,
- les anions détectés à l’aide d’acide sulfurique concentré,
- les anions détectés par une solution de chlorure de baryum.
| Groupe du dilué | Groupe de l’acide sulfurique concentré | Groupe du chlorure de baryum |
|---|---|---|
| - Carbonate () - Sulfite () - Bicarbonate () - Sulfure () - Thiosulfate () - Nitrite () | - Halogénures (, , et ) - Nitrate () | - Sulfate () - Phosphate () |
Cet ordre pour tester ces groupes a de l’importance. Tout anion inconnu doit d’abord être testé avec de l’acide chlorhydrique dilué. Si l’acide chlorhydrique s’avère inefficace pour déterminer l’identité du radical acide inconnu, alors de l’acide sulfurique concentré devra être utilisé. De même, si l’acide sulfurique concentré se révèle insuffisant pour déterminer l’identité de l’anion inconnu, alors une solution de chlorure de baryum doit être utilisée.
L’ordre de cette séquence est déterminé par la force des radicaux acides. Dans le premier groupe, le réactif principal est l’acide chlorhydrique dilué. Cet acide est plus stable que les anions pour lesquels il est utilisé pour le test, tels que l’anion carbonate. Dans ce cas, l’acide chlorhydrique remplace les anions les moins stables, entrainant le dégagement de gaz que nous pouvons analyser.
Dans le deuxième groupe, de l’acide sulfurique concentré est utilisé. L’acide sulfurique est plus stable que les anions pour lesquels il est utilisé pour le test, incluant l’anion chlorure qui est le réactif du premier groupe.
Dans le dernier groupe, nous ne disposons pas d’un réactif approprié qui soit plus stable que les anions sulfate et phosphate et, par conséquent, ce groupe est testé en utilisant une solution 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
- Le carbonate () et
- le sulfite ().
L’anion carbonate () est généralement peu soluble dans l’eau ; cependant, le carbonate de sodium, le carbonate de potassium et le carbonate d’ammonium sont solubles. Le test primaire suivant fonctionne avec des carbonates solides et des solutions.
S’ils réagissent avec les acides, les ions carbonates se décomposent, produisant du dioxyde de carbone et de l’eau.
Réaction : Ions carbonate et acide
Par conséquent, si nous traitons une substance avec de l’acide chlorhydrique dilué et que des bulles de gaz sont produites, la substance pourrait contenir des ions carbonate. Nous pouvons vérifier si le gaz est du dioxyde de carbone en utilisant le test à l’eau de chaux. Presque n’importe quel acide fonctionne, mais l’acide chlorhydrique est préféré car il est généralement stable à l’oxydoréduction et bon marché. Voici le test complet.
Exemple 1: Rappelez quelle est la solution utilisée pour tester le gaz dégagé par un anion carbonate réagissant avec un acide
Lors du test de l’anion carbonate avec de l’acide chlorhydrique dilué, avec laquelle des solutions suivantes le gaz produit est-il communément testé ?
- du permanganate de potassium acidifié
- du dichromate de potassium acidifié
- de l’eau de chaux
- du chlorure de baryum
- du nitrate d’argent
Réponse
Si les ions carbonate réagissent avec des acides, ils se décomposent en dioxyde de carbone et en eau selon l’équation suivante :
L’eau de chaux est une solution saturée d’hydroxyde de calcium. Lorsque le dioxyde de carbone gazeux est testé avec de l’eau de chaux, celle-ci devient trouble, car du carbonate de calcium blanc se forme dans la solution d’hydroxyde de calcium.
Le permanganate de potassium acidifié et le dichromate de potassium acidifié sont deux solutions qui peuvent être utilisées pour tester la présence de gaz réducteurs tels que le dioxyde de soufre. Une solution de chlorure de baryum est utilisée pour tester les anions sulfate et phosphate. Enfin, le nitrate d’argent est utilisé dans plusieurs tests au cours du protocole de test utilisé pour identifier les radicaux acides inconnus. Cependant, aucune de ces substances n’est liée à un test chimique pour la détection d’un carbonate à travers la production de gaz carbonique.
Prenant tout cela en considération, la bonne réponse est la C, de l’eau de chaux.
Cependant, les ions bicarbonate réagissent également de la même manière et un test de confirmation est donc nécessaire. Au départ, la substance inconnue peut être mélangée avec de l’eau ; la plupart des carbonates sont insolubles et si le sel est insoluble dans l’eau froide, cela peut indiquer la présence de carbonate. Cependant, certains carbonates se dissolvent, et tous les bicarbonates se dissolvent, donc cela peut ne pas être suffisant. Si une solution se forme, un test de confirmation utilisant du sulfate de magnésium est nécessaire.
Si du sulfate de magnésium est ajouté à une solution froide sous forme liquide, les ions magnésium vont réagir avec les ions carbonate solubles formant instantanément un précipité blanc de , qui est soluble dans l’acide chlorhydrique dilué à froid :
Dans le cas d’une solution de bicarbonate, aucun précipité blanc ne se forme à moins que la solution ne soit chauffée. Pendant le processus de chauffage, l’anion bicarbonate se décompose en formant un anion carbonate qui réagit comme indiqué ci-dessus.
Des tests avec de l’acide chlorhydrique dilué sont également utilisés pour détecter la présence d’anions sulfites.
Lors du test primaire, les ions sulfite peuvent être convertis en dioxyde de soufre () par un traitement avec de l’acide chlorhydrique :
Le est incolore, toxique et acide, et est responsable de l’odeur d’allumettes brûlées.
Non seulement est acide, mais il peut aussi être oxydé. Le test primaire pour un sulfite consiste à tester la présence de en utilisant des agents oxydants tels que le permanganate de potassium () ou le dichromate de potassium ().
Lorsque est ajouté au solide inconnu, le gaz produit est testé avec des bandes de papier filtre imbibé de solutions acidifiées de ou de .
Le fait passer la couleur d’une solution de permanganate de potassium du violet foncé au rose pâle :
Cela fait également passer la couleur d’une solution de dichromate de potassium de l’orange vif au vert :
Par conséquent, si le traitement d’une solution avec de l’acide chlorhydrique et de la chaleur produit un gaz acide et oxydable, la solution d’origine contient probablement des ions sulfite.
Un test de confirmation de l’anion sulfite implique la dissolution du solide inconnu, puis le mélange de la solution avec du nitrate d’argent. Dans le cas où un sulfite est présent, un précipité blanc de sulfate d’argent se forme, qui devient noir lors du chauffage :
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 permet d’identifier les anions suivants :
- halogénures (, , et ),
- nitrate ().
Le test primaire pour les ions halogénure est généralement utilisé sur des solides, tandis que le second test de confirmation est généralement utilisé sur des solutions de ces solides.
Lorsque de l’acide sulfurique concentré () est utilisé pour détecter les ions halogénure, l’acide sulfurique concentré est ajouté goutte à goutte à un échantillon solide. Tout gaz produit peut initialement être testé avec du papier tournesol bleu humide.
Les sels qui contiennent des ions fluorure ou chlorure donnent des résultats visuellement identiques. La réaction pour ces types de sels est simplement une réaction acide-base :
La différence entre les équations s’explique du fait que est un acide plus faible que , mais un acide plus fort que . est plus faible que les deux.
Le gazeux dégagé produit des fumées blanches et vaporeuses lorsqu’il est mis en contact avec une tige de verre, humidifiée avec une solution d’ammoniac, en raison de la production de chlorure d’ammonium, :
Lorsque l’acide sulfurique concentré réagit avec les sels de bromure ou d’iodure, la même réaction acide-base se produit :
Cependant, une réaction redox se produit également. L’acide sulfurique n’est pas un agent oxydant assez fort pour oxyder ou , mais il est assez fort pour oxyder et :
L’acide sulfurique est réduit par pour former du dioxyde de soufre (). Les ions sont des agents réducteurs plus forts que les ions et réduisent d’avantage l’acide sulfurique pour former du sulfure d'hydrogène ().
et sont tous deux des gaz odorants et toxiques et les fumées acides de , , et sont toutes dangereuses et donc une grande prudence est requise lors de la réalisation de ces tests qui doivent toujours être effectués sous une hotte.
Voici les résultats des tests de confirmation au nitrate d’argent pour les halogénures courants.
Les ions fluorures ne réagissent pas avec la solution du test et aucun précipité n’est produit. En d’autres termes, il n’y a pas de test positif pour les ions fluor en utilisant le nitrate d’argent.
Pour les autres halogénures, la réaction suivante se produit :
Nous pouvons simplifier ceci en omettant l’ion nitrate, qui est un ion spectateur :
Les sels de chlorure, de bromure et d’iodure d’argent sont tous insolubles dans l’eau, ils vont donc précipiter. Cependant, le fluorure d’argent est extrêmement soluble dans l’eau, de sorte qu’il ne précipite pas.
| Anion | Test | Résultat positif |
|---|---|---|
| Fluorure () | Aucun | |
| Chlorure () | Précipité blanc (devient violet au soleil) | |
| Bromure () | Précipité crème | |
| Iodure () | Précipité jaune pâle |
Si, par exemple, nous avons une solution qui contient un sel d’halogénure de sodium mais que nous ne savons pas de quel halogénure il s’agit, nous pouvons utiliser ce test. Si nous obtenons un précipité de couleur crème, nous savons que le sel est du bromure de sodium. 
Une préoccupation majeure pour ce test, même s’il est effectué correctement, est qu’il est parfois difficile de faire la différence entre les précipités possibles. Sous certains éclairages, le blanc peut avoir l’air crème, et la couleur crème peut paraître jaune. La similitude entre la couleur des différents précipités est visible sur la photo ci-dessous (de gauche à droite : , et ).
Une façon de résoudre ce problème consiste à effectuer le test de confirmation sur notre solution inconnue côte à côte avec des solutions connues qui contiennent les halogénures (par exemple, une solution de , une solution de et une solution de ). Nous pouvons alors comparer les couleurs des précipités dans les mêmes conditions.
Une autre méthode consiste à utiliser une solution d’ammoniaque. L’ammoniac forme un ion complexe avec les ions argent(I) et lorsque nous ajoutons de l’ammoniac à une solution contenant un précipité d’argent, il peut ramener l’argent en solution en faisant disparaître le précipité.
Avec les sels d’halogénure d’argent, nous obtenons des résultats différents lorsque nous ajoutons de l’ammoniaque diluée et une solution d’ammoniaque en excès.
Si nous utilisons de l’ammoniac concentré, nous pouvons atteindre un excès très rapidement. Cependant, si nous ajoutons de l’ammoniac concentré avec précaution en petites quantités, nous pouvons obtenir les mêmes résultats qu’avec une solution diluée d’ammoniaque.
Exemple 2: Identifiez les sels d’halogénure d’argent à l’aide de solutions d’ammoniaque
Un étudiant veut confirmer l’identité d’un précipité d’halogénure d’argent en utilisant une solution d’ammoniaque.
- Quel précipité d’halogénure d’argent se dissout uniquement lorsqu’une solution diluée d’ammoniaque est ajoutée ?
- Quel précipité d’halogénure d’argent ne se dissout pas lorsqu’une solution concentrée d’ammoniaque est ajoutée ?
Réponse
Partie 1
Lorsqu’une solution contenant des ions argent est mélangée avec une deuxième solution contenant des ions halogénure (, et ), il se forme un précipité solide d’halogénure d’argent. La couleur du précipité d’argent solide est parfois difficile à distinguer car le chlorure d’argent, le bromure d’argent et l’iodure d’argent sont tous des solides similaires de couleur claire.
Nous pouvons confirmer l’identification du sel d’halogénure d’argent en utilisant une solution diluée d’ammoniaque pour vérifier si le précipité se dissout ou non.
Le chlorure d’argent se dissout dans une petite quantité de solution diluée d’ammoniaque, tandis que le bromure d’argent et l’iodure d’argent ne se dissolvent pas et par conséquent la réponse à la partie 1 est le chlorure d’argent, .
Partie 2
L’ajout d’une petite quantité de solution diluée d’ammoniaque au bromure d’argent est sans effet ; cependant, si nous ajoutons un excès de solution diluée d’ammoniaque, alors le précipité de bromure d’argent se dissout.
Dans le cas de l’iodure d’argent, même une quantité excédentaire de solution diluée d’ammoniaque ne dissout pas le précipité. La même chose est vraie même si nous utilisons une solution concentrée d’ammoniaque ; l’utilisation d’une solution concentrée d’ammoniaque accélère simplement ces réactions, les faisant survenir avec de plus petits volumes de produits chimiques. Cela signifie que la bonne réponse à la partie 2 de cette question est l’iodure d’argent, .
Des tests avec de l’acide sulfurique concentré sont également utilisés pour détecter la présence d’anions nitrate.
L’anion nitrate () est extrêmement soluble dans l’eau en présence de nombreux cations différents, il est donc difficile de le détecter par précipitation.
- Test primaire : dégagement de dioxyde d’azote par addition d’acide sulfurique concentré
- Test de confirmation : sulfate de fer(II) acide sulfurique
Le test primaire consiste à faire réagir un solide, contenant potentiellement des ions nitrate, avec de l’acide sulfurique concentré pour former de l’acide nitrique :
L’acide nitrique formé commence alors à se décomposer lorsqu’il est chauffé, libérant du dioxyde d’azote qui a une couleur marron caractéristique :
La vitesse de production du gaz peut être augmenté par l’ajout de limaille de cuivre :
Le test de confirmation consiste à réduire les ions nitrate avec des ions fer(II) (. L’un des produits de la réduction des ions nitrate est le monoxyde d’azote (), qui peut se complexer avec des ions fer(II) résiduels pour former un solide marron. L’acide sulfurique est nécessaire à la réaction. Si l’acide sulfurique concentré n’est pas mélangé à la solution, il formera à la place une couche au fond du récipient de réaction (l’acide sulfurique concentré est beaucoup plus dense que l’eau). Un anneau brun de complexe de fer(II) se forme entre la couche de solution et la couche d’acide sulfurique ; c’est pourquoi ce test est souvent appelé le test de « l’anneau brun ».
Les principales réactions impliquées sont la réduction des ions nitrate par les ions fer(II) : et la formation du complexe brun fer(II) :
Il est essentiel que les ions fer(II) dans la solution de sulfate ne soient pas oxydés par l’air en ions fer(III) ; sinon, le test ne peut pas fonctionner. Il est recommandé de préparer la solution de sulfate de fer(II) sur le moment, juste avant de réaliser le test.
Si des tests avec de l’acide chlorhydrique dilué et de l’acide sulfurique concentré s’avèrent inefficaces, la troisième étape consiste à utiliser une solution de chlorure de baryum.
Un test avec une solution de chlorure de baryum est utilisé pour identifier les anions suivants :
- sulfate (),
- phosphate ().
Il n’est pas possible d’utiliser un autre acide pour déplacer les anions sulfate et phosphate, qui proviennent eux-mêmes d’acides très forts. Par exemple, l’acide chlorhydrique est moins stable que l’acide sulfurique, de sorte qu’il ne peut pas remplacer l’anion sulfate dans les solutions salines. Par conséquent, dans ce groupe divers, nous ne testerons pas un gaz libéré, mais nous testerons plutôt la formation d’un précipité.
Dans cette fiche explicative, nous nous concentrerons sur le sulfate ().
Nous pouvons détecter l’anion sulfate en solution en introduisant des ions baryum (). Ceux-ci réagissent avec les ions sulfate pour produire un précipité blanc de sulfate de baryum (). Le sulfate de baryum est insoluble même dans les acides minéraux dilués comme l’acide chlorhydrique et l’acide nitrique. Le phosphate de baryum est un précipité blanc semblable au sulfate de baryum ; cependant, ce précipité blanc est soluble dans l’acide chlorhydrique dilué :
Le test de confirmation de l’anion sulfate consiste à ajouter une solution d’acétate de plomb. Dans cette réaction de précipitation, un précipité blanc de sulfate de plomb se forme, comme le montre l’équation chimique ci-dessous :
Exemple 3: Déterminer l’équation ionique nette de la réaction entre le nitrate de baryum et un sulfate de métal
Quelle est l’équation ionique nette de la réaction entre le nitrate de baryum et un sulfate de métal, qui est utilisée comme test pour l’anion sulfate ?
Réponse
Dans une équation ionique nette, nous n’incluons aucun ion spectateur. Ce sont des ions qui apparaissent des deux côtés de l’équation de la réaction. Plutôt que de passer directement à cette forme, il peut être plus facile de commencer par l’équation complète.
La formule pour le nitrate de baryum est .
Pour le sulfate de métal, nous pouvons utiliser du sulfate de sodium ().
Lorsque ceux-ci réagissent en solution, le produit est un précipité blanc de sulfate de baryum ().
Voici l’équation :
Pour convertir ceci en équation ionique, nous pouvons dissocier les sels solubles :
et apparaissent des deux côtés de l’équation en quantités égales ; ce sont des ions spectateurs. Donc, l’équation ionique nette est
Résumons ce que nous avons appris sur les tests d’identification des anions.
Points clés
- Les ions carbonate peuvent être détectés par traitement avec de l’acide chlorhydrique dilué, qui produit du gaz carbonique ; ce gaz peut être introduit dans de l’eau de chaux, la rendant trouble.
- Pour faire la différence entre les ions carbonate et les ions bicarbonate, du sulfate de magnésium est ajouté comme test de confirmation pour les carbonates et les bicarbonates. Dans une solution froide, un précipité blanc immédiat indique un carbonate ; cependant, si aucun précipité n’est produit initialement mais qu’un précipité blanc apparaît après chauffage, alors des ions bicarbonate sont présents.
- Les ions sulfites peuvent être détectés par traitement avec de l’acide chlorhydrique qui produit du dioxyde de soufre gazeux, acide et oxydable, qui peut être détecté par la décoloration du acidifié (violet rose) ou du acidifié (orange vert).
- Un test de confirmation pour les anions sulfites comprend l’addition de nitrate d’argent pour former du sulfite d’argent blanc qui devient noir lors du chauffage.
Anion Test Résultat positif Carbonate () - )
- Eaux de chaux ()L’effervescence due au dégagement de gaz incolore rend l’eau de chaux trouble. Test de confirmation : Un précipité blanc se forme dans une solution froide, qui est soluble dans l’acide chlorhydrique dilué. Sulfite () - )
- acidifiéUn gaz oxydable et incolore fait virer une solution de permanganate de potassium violette au rose pâle. - )
- acidifiéUn gaz oxydable et incolore fait virer une solution de dichromate de potassium orange au vert. Test de confirmation : Il se forme un précipité blanc qui devient noir lors du chauffage. - La présence d’halogénure dans les solides peut être détectée en utilisant de l’acide sulfurique concentré.
Anion Test primaire Résultat positif Fluorure () concentré Fumées incolores faisant virer le papier tournesol au rouge. Chlorure () Fumées incolores formant des fumées blanches et fumeuses avec du . Bromure () Fumées orange-rouge faisant virer l’empois d’amidon au jaune. Iodure () Fumées violettes faisant virer l’empois d’amidon au bleu. - Le test de confirmation pour les halogénures utilise une solution de nitrate d’argent, avec un peu d’acide nitrique. Si des précipités sont produits et que la couleur est difficile à décrire, une solution d’ammoniaque peut être ajoutée pour essayer de dissoudre le précipité.
Anion Test de confirmation Résultat positif Test de suivi Résultat positif Fluorure () Aucun Aucun Chlorure () Précipité blanc Le précipité se dissout dans du dilué. Bromure () Précipité crème Le précipité ne se dissout pas dans dilué.
Le précipité se dissout dans en excès.Iodure () Précipité jaune pâle Le précipité ne se dissout pas dans solution diluée ou en excès. - Le test primaire pour les ions nitrate est l’addition d’acide sulfurique concentré qui génère de l’acide nitrique et à son tour du dioxyde d’azote, un gaz brun.
- Dans le test de confirmation, les ions nitrate peuvent être détectés en utilisant le test de l’anneau brun, où le sulfate de fer(II) et l’acide sulfurique concentré réagissent avec les ions nitrate, produisant un anneau brun d’un complexe de fer(II) contenant du monoxyde d’azote.
- Les ions sulfate peuvent être détectés en utilisant une solution de chlorure de baryum qui produit un précipité blanc de sulfate de baryum qui est insoluble dans l’acide chlorhydrique dilué.
- Le test de confirmation pour l’anion sulfate consiste à ajouter une solution d’acétate de plomb, produisant un précipité de sulfate de plomb blanc(II).
Anion Test Résultat positif Nitrate () concentré Gaz brun -
- concentréUn anneau brun se forme entre la couche de solution et la couche d’acide sulfurique. Sulfate () Précipité blanc insoluble dans l’acide chlorhydrique dilué. Acétate de plomb (aq) Précipité blanc
