Activités expérimentales

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Chapitre 12. Activités expérimentales.
1 S
Extraire une espèce chimique d’un solvant.
Compétences, capacités et attitudes à mettre en œuvre :
□ Mettre en œuvre un protocole pour extraire une espèce chimique d’un solvant.
□ Prendre des initiatives, des décisions, anticiper.
□ Observer et décrire les phénomènes.
□ Rendre compte de façon écrite.
□ Élaborer, choisir et utiliser un modèle adapté (mettre en lien les phénomènes observés et les concepts utilisés).
□ Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter.
□ Proposer et/ou justifier un protocole, identifier les paramètres pertinents.
□ Réaliser ou compléter un schéma permettant de mettre en œuvre le protocole expérimental.
□ Réaliser le dispositif expérimental correspondant au protocole.
□ Maîtriser certains gestes techniques.
On dispose d'une solution aqueuse contenant du diiode et du sulfate de cuivre. Notre but est d'extraire le
diiode, le sulfate de cuivre étant considéré ici comme une impureté.
I. Étude préalable : solubilités et miscibilités.
1. Noter les précautions d'utilisation du cyclohexane et de la solution aqueuse de diiode et de sulfate de cuivre.
2. Prendre note de la solubilité du diiode dans l'eau et dans le cyclohexane.
3. Tester la solubilité du sulfate de cuivre dans l'eau et dans le cyclohexane.
4. Interpréter les résultats des questions 2 et 3.
5. Prévoir si l'eau et le cyclohexane sont miscibles ou non.
6. Tester la miscibilité eau/cyclohexane (et proposer puis mettre en œuvre une méthode permettant de vérifier
où se trouve l'eau).
II. Réalisation de l'extraction.
7. Proposer un protocole expérimental pour extraire le diiode du mélange eau + diiode + sulfate de cuivre.
8. Faire un schéma de l'élément de verrerie principal utilisé pour l'extraction (et noter son nom).
9. Mettre en œuvre le protocole expérimental retenu (avec environ 20 mL du mélange et 10 mL de solvant
extracteur) et faire des schémas des différentes étapes.
10. Proposer une méthode pour montrer que l’extraction est ou n’est pas totale.
11. Mettre en œuvre la méthode retenue (avec environ 10 mL de solvant extracteur) et conclure.
III. Changement de solvant extracteur.
12. Prendre note de la solubilité du diiode dans l'éthanol.
13. Faire les tests complémentaires nécessaires pour savoir si l'éthanol pourrait être un bon solvant extracteur du
diiode (tout en se débarrassant du sulfate de cuivre) et conclure.
IV. Synthèse : choix des conditions expérimentales pour l'extraction par solvant.
14. Préciser quelles doivent être les caractéristiques du solvant extracteur (en termes de solubilité et de
miscibilté) :
- par rapport à l'espèce chimique à extraire,
- par rapport aux impuretés,
- par rapport au
solvant de la solution initiale.
15. Lorsque plusieurs solvants répondent aussi bien les uns que les autres aux exigences précédentes, trouver
deux critères permettant de faire un choix.
Solvants
eau H2O
cyclohexane C6H12
éthanol
CH3CH2OH
Solutés
sulfate de cuivre CuSO4
diiode I2
‒
‒
‒
‒
‒
++
++
‒
‒
‒
‒
‒
‒
++
‒
‒
‒ ‒
‒
++
++
++
++
++
‒
‒
++.+
++
‒
++ ‒
++
‒
‒
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Chapitre 12. Activités expérimentales.
1 S
Extraire une espèce chimique d’un solvant.
Eléments de correction.
I. Étude préalable : solubilités et miscibilités.
2. Le diiode est très peu soluble dans l'eau. Le diiode est soluble dans le cyclohexane.
3. Le sulfate de cuivre est soluble dans l'eau. Le sulfate de cuivre est insoluble dans le cyclohexane.
4. Le sulfate de cuivre est un soluté ionique ; il est donc soluble dans un solvant polaire (tel que l'eau) et peu
soluble dans un solvant apolaire tel que le cyclohexane.
Le diiode est un soluté apolaire ; il est donc peu soluble dans un solvant polaire (tel que l'eau) et soluble dans
un solvant apolaire tel que le cyclohexane.
5. Le cyclohexane est un liquide apolaire alors que l'eau est un liquide polaire ; leur mélange est donc difficile :
le cyclohexane et l'eau sont non miscibles.
6. Le mélange de cyclohexane et d'eau est hétérogène (on obtient 2 phases) : le cyclohexane et l'eau sont non
miscibles.
II. Réalisation de l'extraction.
7. On ajoute du cyclohexane (qui joue le rôle de solvant extracteur) au mélange et on agite : le diiode passe dans
le cyclohexane (car il y est bien plus soluble que dans l'eau) et le sulfate de cuivre reste dans l'eau (car il y est
bien plus soluble que dans le cyclohexane). Après repos, les deux phases se séparent par décantation (car les
deux liquides sont non miscibles). On les sépare alors avec une ampoule à décanter.
8. et 9. On utilise une ampoule à décanter.
ampoule à décanter
avec solution aqueuse
après ajout de
cyclohexane,
avant agitation
après ajout de
cyclohexane,
après agitation
puis repos
cyclohexane
et diiode
cyclohexane
solution
aqueuse
solution
aqueuse
eau et sulfate
de cuivre
10. Pour montrer que l’extraction est ou n’est pas totale, on ajoute un peu de cyclohexane à la phase aqueuse
afin de tenter une nouvelle extraction. S'il restait du diiode, alors le cyclohexane se colore en rose.
III. Changement de solvant extracteur.
12. Le diiode est soluble dans l'éthanol.
13. Le sulfate de cuivre est insoluble dans l'éthanol.
Le mélange d'éthanol et d'eau est hétérogène (on obtient 2 phases) : l'éthanol et l'eau sont non miscibles.
Vu ce dernier résultat, l'éthanol ne peut pas servir de solvant extracteur.
IV. Synthèse : choix des conditions expérimentales pour l'extraction par solvant.
14. - L'espèce chimique à extraire doit être très soluble dans le solvant extracteur.
- Les impuretés doivent être très peu solubles (ou insolubles) dans le solvant extracteur.
- Le solvant extracteur et le solvant de la solution initiale doivent être non miscibles.
15. Lorsque plusieurs solvants répondent aussi bien les uns que les autres aux exigences précédentes on utilise
le moins cher et/ou le moins dangereux pour l'Homme et l'environnement
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Chapitre 12. Activités expérimentales.
1 S
Extraire une espèce chimique d’un solvant.
Liste du matériel.
Pour chaque binôme :
□ eau distillée
□ 6 tubes à essais avec 1 bouchon et porte tubes à essais
□ 2 béchers
□ pot à yaourt
Au bureau :
□ 9 ampoules à décanter avec bouchon et support
□ 1 L de cyclohexane
□ 150 mL d'éthanol
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□ environ 0,8 L (dans un flacon de 1 L) de solution aqueuse de sulfate de cuivre CuSO4 (≈ 0,05 mol.L )
□ 50 mL de solution aqueuse orange de diiode I2
□ 2 éprouvettes graduées
□ 3 béchers
□ 3 spatules
□ sulfate de cuivre pentahydraté
□ diiode en poudre assez fine
□ 3 tubes à essais avec 1 bouchon et porte tubes
□ eau distillée
□ 2 grands flacons d' 1 L avec bouchon (poubelle pour récupération)
□ thiosulfate de sodium (pour élimination du diiode) - r.a.s.
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étiquette pour le flacon de 1 L contenant environ 0,9 L de solution aqueuse de CuSO4 (≈ 0,05 mol.L )
solution aqueuse de
diiode et de
sulfate de cuivre
‒
‒
+
+