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Une petite quantité d’acide sulfurique concentré est prudemment mélangée avec une solution soupçonnée de contenir du nitrate de sodium lors d'un test préliminaire pour les ions nitrate. Dans une étape ultérieure de ce test, des limailles de cuivre sont ajoutées au tube à essai. Pourquoi ? (A) pour oxyder tout acide présent dans le mélange (B) pour former un anneau brun à la surface de la solution (C) pour augmenter la quantité de dioxyde d’azote produite (D) pour former une solution fraîchement préparée de sulfate de cuivre (E) pour réagir avec l’oxygène gazeux produit pour former de l’oxyde de cuivre(II)
La formule chimique de l’acide sulfurique concentré est H2SO4. Il peut être impliqué dans le test chimique pour identifier les ions halogénures et les ions nitrate. Dans le cadre de cette question, nous constatons que l’acide sulfurique fait partie du test pour les ions nitrate provenant du nitrate de sodium. Étant donné que le nitrate de sodium est très soluble dans l’eau, il peut libérer des ions nitrate en solution. La formule chimique des ions nitrate est NO3−. Pour répondre à cette question, nous devons d'abord examiner comment fonctionne le test préliminaire des ions nitrate pour ensuite tester la validité de chacune des affirmations.
Comme la plupart des sels de nitrate sont très solubles dans l’eau, il est très difficile de détecter les ions nitrate en solution en utilisant des méthodes de précipitation. Si diverses solutions contenant des ions métalliques étaient ajoutées séparément aux solutions contenant des ions nitrate, nous n'observerions aucun précipité. Nous nous appuyons plutôt sur la formation d’un gaz visible en utilisant de l’acide sulfurique concentré dans le test pour les ions nitrate. Dans le cadre de cette question, de l’acide sulfurique concentré est ajouté à une solution de nitrate de sodium. Le but de cette partie du test est de produire de l’acide nitrique à partir des ions nitrate présents dans la solution. L’acide sulfurique concentré est un acide très fort. Il réagit avec la solution de nitrate de sodium pour produire une solution de sulfate de sodium ainsi que de l’acide nitrique. Après cette partie du test, le tube à essai contiendra donc une solution contenant de l’acide nitrique et du sulfate de sodium.
La formule chimique de l’acide nitrique est HNO3. Si nous chauffons ce mélange, l’acide nitrique se décomposera. Les produits de la décomposition thermique de l’acide nitrique sont l’eau, le dioxyde d’azote et l’oxygène. À la température de cette réaction, tous ces produits sont à l’état gazeux. Or, le dioxyde d’azote sera particulièrement visible étant donné qu'il s'agit d'un gaz brun. Le dioxyde d’azote est un gaz très toxique et cette partie du test doit donc être effectuée dans une hotte chimique. Jusqu’à présent, nous n’avons pas vu comment les limailles de cuivre sont impliquées dans ce test, bien qu’elles soient mentionnées dans la question.
Les limailles de cuivre sont en fait ajoutées pour augmenter la vitesse de formation du dioxyde d’azote, c’est-à-dire la formation du gaz brun que nous pouvons observer. En ajoutant des limailles de cuivre à l’acide nitrique présent dans le mélange, nous obtenons une réaction chimique qui produit du nitrate de cuivre, de l’eau et encore davantage de dioxyde d’azote. Le cuivre est oxydé au cours de cette réaction. Il passe du cuivre métallique au ions aqueux cuivre deux plus en perdant deux électrons. L’acide nitrique oxyde le cuivre au cours de cette réaction. Le but de l'ajout des limailles de cuivre dans ce test est donc d’accélérer la production du dioxyde d’azote gazeux brun afin de le détecter plus facilement. C’est l’observation d’un gaz brun qui génère un résultat positif pour les ions nitrate dans cette partie du test.
Testons maintenant la validité de chacune des affirmations afin de déterminer laquelle constitue la bonne réponse. Le choix de réponse (A) suggère que le cuivre est ajouté pour oxyder tout acide présent dans le test. Nous avons vu que ce sont en fait les limailles de cuivre qui sont oxydées, alors que l’acide nitrique est réduit au cours de ce test. Cette affirmation n’est donc pas la bonne réponse. Le choix de réponse (B) suggère que le cuivre est ajouté pour former un anneau brun à la surface de la solution. En réalité, c'est un gaz brun qui est observé lors de ce test. Il n'y a pas de formation d'un anneau brun et il ne s'agit donc pas de la bonne réponse. Le choix de réponse (C) suggère que le cuivre contribue à augmenter la quantité de dioxyde d’azote gazeux produite. Nous avons vu que c’est bien le cas, et il s'agit peut-être de la bonne réponse.
Le choix de réponse (D) suggère que le cuivre est ajouté pour préparer une solution de sulfate de cuivre. Le cuivre réagit avec l’acide nitrique au cours de ce test et c'est en fait du nitrate de cuivre(II) qui se forme. Puisqu'il n'y a pas formation de sulfate de cuivre lors de ce test, il ne s'agit pas de la bonne réponse. Le choix de réponse (E) suggère que le cuivre réagit avec l’oxygène gazeux qui est en fait produit lors de la décomposition de l’acide nitrique. Cependant, si de l’oxygène gazeux était présent, le cuivre ne réagirait pas avec lui à la température à laquelle ce test est réalisé. Le choix de réponse (E) n’est donc pas la bonne réponse. Le but de l'ajout des limailles de cuivre au cours de ce test est d’augmenter la quantité de dioxyde d’azote produite. Par conséquent, la bonne réponse est (C), pour augmenter la quantité de dioxyde d’azote produite.
