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Le chlorure de sodium peut être préparé en faisant réagir de l’hydroxyde de sodium avec de l’acide chlorhydrique. Au cours d'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 l'aide 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 à partir de l’expérience précédente. La solution obtenue a ensuite été chauffée pour produire des cristaux blancs de chlorure de sodium. Pourquoi quelques gouttes de phénolphtaléine ont-elles été ajoutées à la solution de départ ? (A) pour augmenter la solubilité du chlorure de sodium, (B) pour augmenter la basicité de l'hydroxyde de sodium, (C) pour éliminer toutes les impuretés dans la solution, (D) pour agir à titre d'indicateur et nous signaler lorsque la réaction est complète ou (E) pour agir à titre de catalyseur dans la réaction
Examinons d’abord les méthodes utilisées au cours de cette expérience avant de répondre à la première partie de la question. Tout d’abord, un volume fixe d’hydroxyde de sodium, qui est une solution basique pouvant être représentée en utilisant sa formule chimique NaOH avec le symbole d’état (aq) indiquant qu’elle est en solution aqueuse, a été ajouté à un erlenmeyer, qui peut également être appelé fiole conique. Quelques gouttes de phénolphtaléine ont également été ajoutées dans cet erlenmeyer. Ensuite, on a fait réagir de l’acide chlorhydrique avec de l'hydroxyde de sodium à l’aide d’une burette.
L’acide chlorhydrique peut être représenté en utilisant la formule chimique HCl avec le symbole d’état (aq). Une fois que cette première réaction a été complétée et que le volume exact d’acide chlorhydrique nécessaire a été déterminé, le processus a été répété sans indicateur. Lors de cette réaction, il y a eu formation d'une solution aqueuse de chlorure de sodium, qui peut être représentée en utilisant la formule chimique NaCl. Cette solution a ensuite été chauffée pour éliminer le deuxième produit de la réaction, soit l’eau liquide ou H20 avec le symbole d’état (l). Suite à l'élimination de l'eau, des cristaux blancs de chlorure de sodium peuvent être collectés.
La question vise à déterminer pourquoi la phénolphthaléine a été ajoutée au début de cette expérience. La phénolphthaléine est un composé dont la couleur est déterminée par le pH de la solution à laquelle elle est ajoutée. Dans les solutions ayant un pH supérieur à environ huit, la phénolphtaléine est rose. Toutefois, dans les solutions dont le pH est inférieur à environ huit, la phénolphtaléine est incolore. Lors de la réaction avec l’hydroxyde de sodium, on peut constater la présence sur la figure d'une solution incolore mais basique, ce qui signifie qu’elle a un pH supérieur à sept. L’hydroxyde de sodium réagit avec l’acide chlorhydrique, qui, comme nous pouvons le constater sur la figure, est également une solution incolore tout en étant un acide dont le pH est inférieur à sept.
Au cours de cette expérience, il était essentiel de déterminer le volume exact d’acide chlorhydrique nécessaire pour réagir complètement avec le volume fixe d’hydroxyde de sodium afin que la solution obtenue contienne uniquement le sel désiré et de l’eau. Au début de l'expérience, la phénolphtaléine était rose comme elle se trouvait dans une solution basique ayant un pH supérieur à environ huit, mais elle est devenue incolore lorsque la réaction a été complétée pour produire une solution ayant un pH inférieur à environ huit. Au cours de cette expérience, la phénolphthaléine a servi d’indicateur de pH, soit une substance qui change de couleur selon certaines gammes de pH, qui nous a permis dans ce cas-ci de déterminer le moment exact où la réaction a été complétée. Par conséquent, la raison expliquant pourquoi quelques gouttes de phénolphtaléine ont été ajoutées à la solution de départ est le choix de réponse (D) pour agir à titre d'indicateur et nous signaler lorsque la réaction est complète.
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 ? (A) Le sulfate de cuivre précipite dans la solution et une filtration est donc nécessaire. (B) L’oxyde de cuivre est insoluble et ne forme pas une solution aqueuse. (C) L’oxyde de cuivre est acide et ne réagit pas avec l’acide sulfurique. (D) Le sulfate de cuivre se forme seulement lorsque l’oxyde de cuivre réagit avec le dioxyde de soufre. Ou (E) l’oxyde de cuivre ne réagit pas avec l’acide sulfurique.
En gardant à l’esprit la méthode utilisée dans notre expérience, nous allons libérer de l’espace sur l’écran afin de pouvoir répondre à cette partie de la question. Dans le procédé utilisé pour produire des cristaux de chlorure de sodium, une base en solution aqueuse réagit avec un acide également en solution aqueuse. Ainsi, avec cette méthode, la base et l’acide dans cette réaction étaient tous les deux en solution aqueuse et produisaient un sel en solution aqueuse et de l’eau liquide. Dans cette question, le sulfate de cuivre est le produit désiré, soit un sel soluble dans l’eau. Nous pouvons représenter ce produit en utilisant la formule chimique CuSO4 en solution aqueuse du côté des produits de cette réaction. Le réactif acide dans cette question est l’acide sulfurique dont la formule chimique est H2SO4 en solution aqueuse.
L’oxyde de cuivre(II) constitue l’autre réactif de cette réaction et sa formule chimique est CuO. Selon les règles de solubilité dans l’eau, l’oxyde de cuivre(II) est un composé insoluble, que nous pouvons représenter en utilisant le symbole d’état (s) qui signifie solide. Bien que cette réaction puisse se produire pour former le sel sulfate de cuivre et l’eau en tant que produits, la méthode utilisée nécessite que les deux réactifs soient en solution aqueuse et n'est donc pas appropriée pour une réaction impliquant un réactif solide insoluble. D’autres méthodes pourraient être utilisées, telles que l’ajout d'un excès de réactif solide à l’acide suivi de l’agitation et du chauffage doux du mélange. Une fois cette réaction complétée, l’excès de réactif solide pourrait être éliminé par filtration. La solution pourrait être chauffée pour éliminer l’eau et les cristaux de sel pourraient ainsi être collectés.
Par conséquent, le choix de réponse qui explique pourquoi la méthode utilisée pour collecter des cristaux de chlorure de sodium ne fonctionnerait pas pour produire des cristaux de sulfate de cuivre à partir d’oxyde de cuivre(II) et d’acide sulfurique à température ambiante est le choix de réponse (B). L’oxyde de cuivre est insoluble et ne forme pas de solution aqueuse.
Pourquoi ne pourrait-on pas obtenir le chlorure de sodium en filtrant la solution ? (A) Aucune impureté insoluble ne serait séparée par filtration. (B) Seuls les ions sodium seraient filtrés et non les ions chlorure. (C) Tout excès d’acide chlorhydrique brûlerait le papier filtre. Ou (D) le chlorure de sodium est soluble et ne serait donc pas séparé par filtration.
Dans notre réaction, le chlorure de sodium a été produit sous forme de solution aqueuse, ce qui signifie que les ions qui composent ce sel se dissocient et se déplacent librement dans l'eau. Cependant, ces ions sont extrêmement petits et, dans une tentative de séparer les ions sodium et les ions chlorure de l’eau en utilisant la filtration, ces derniers seraient suffisamment petits pour passer à travers le papier filtre et rester en solution dans l’eau. La filtration, une technique qui sépare les substances solides et liquides en fonction de la taille des particules, peut être utilisée pour collecter les substances insolubles lorsqu’elles passent à travers un papier filtre dans un entonnoir placé au-dessus d’un récipient pour collecter les substances solubles ou liquides, soit le filtrat, tandis que la substance qui reste sur le papier filtre est appelée le résidu.
Ce type spécifique de filtration est appelé la filtration par gravité. Toutefois, comme notre sel, le chlorure de sodium, est soluble dans l’eau, il ne pourrait pas être séparé en utilisant cette méthode. Par conséquent, le choix de réponse qui décrit le mieux pourquoi le chlorure de sodium n’a pas pu être obtenu en filtrant la solution est le choix de réponse (D). Le chlorure de sodium est soluble et ne serait donc pas séparé par filtration.
