TP chimie : Pile et synthèse du savon

TP pile : proposer et vérifier une hypothèse sur la base de ses connaissances sur la conduction électrique
TP pile : extraire l'information d'une animation web : fonctionnement d'une pile, modélisation des ions et des électrons
TP savon : suivre un protocole (savon) : respecter les consignes, l'ordre des manipulations, être autonome
TP savon : schématiser une expérience : (représentation en coupe, soin, clarté, annotation…)
TP savon : question complémentaire : connaître l'intérêt de la synthèse chimique
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1
Acquis
1-3
1-1
1
1-2
4
En cours
TP chimie : Pile et synthèse du savon
Compétence
Presque acq
Classe
Non acquis
Nom du binôme :
Début d’acq.
Nom :
2
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2
2
2
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
1-3. Situation problème : Tu as pu observer dans l’activité 2, que la pile présentée avait un inconvénient : le zinc de la lame réagit
directement avec les ions cuivre II, comme dans l’activité 1, en dégageant de la chaleur, ce qui est autant d’énergie électrique perdue, car le zinc
est consommé par cette réaction « parasite » qui ne produit aucun courant électrique. Assure-toi d’avoir bien compris cette phrase avant de lire la
suite. Mr Daniell, en 1836, met au point une pile qui s’use moins vite en séparant le zinc du sulfate de cuivre pour éviter cette réaction parasite :
il réalise deux « demi piles » en mettant une lame de cuivre dans du sulfate de cuivre (pas de réaction) et une lame de zinc dans du sulfate de zinc
(idem), les deux béchers étant reliés par un « pont électrolytique conducteur» pour faire apparaître une tension entre les lames.
V
cuivre
zinc
pont
Cu2+
Zn2+
SO42
-
SO42
-
a)
Comme tu ne sais pas ce que veut dire « pont électrolytique
conducteur », propose trois hypothèses qui permettent de relier les
béchers par « quelque chose qui conduit le courant » (tu dois, pour
une des hypothèses, t’inspirer de la découverte de Mr Volta
expliquée p.88, pour séparer les rondelles métalliques).
Je pourrais utiliser, pour relier les deux béchers
- 1ère possibilité : …………………………………………………….
- 2ème possibilité : ………………………………………………….
- 3ème possibilité : ………………………………………………….
Appel du professeur et test des 3 hypothèses
b)
Dans chacun des cas, note tes observations : la tension est-elle stable ? Se passe-t-il quelque chose de particulier au niveau du
pont qui montre qu’une réaction chimique « parasite » se produit ?
c)
Rédige une conclusion en précisant ce qu’il est judicieux de choisir pour relier les deux béchers
1-1.
Visualise et exploite une simulation informatique :
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/pile.swf, dans laquelle on
peut voir la pile Daniell alimentant une lampe. Clique sur légende,
caractéristique et animation pour en savoir plus.
Quel est le métal constituant la borne + de cette pile ?.
…………………………………………………………….
Quel est le métal constituant la borne - de cette pile ?
…………………………………………………………….
-
Dans quel sens vont les électrons libres de ce circuit ?
□ du + vers le □ du – vers le +
□ du cuivre vers le zinc
□ du zinc vers le cuivre
Je vois que
Les ions cuivre II du premier bécher :
□ libèrent □ récupèrent 2 électrons
et deviennent des :
□ atomes de cuivre
□ ions cuivre II
□ électrons
□ ions zinc II
□ atomes de zinc
Les ions zinc II du second bécher :
□ libèrent □ récupèrent 2 électrons
et deviennent des :
□ atomes de cuivre
□ ions cuivre II
□ électrons
□ ions zinc II
□ atomes de zinc
Je sais que
Une solution est
électriquement
neutre :
Les atomes ne
peuvent pas
disparaître, mais
peuvent se
transformer en ions
en gagnant ou en
perdant des
électrons
Je conclue que
La masse de la lame de cuivre
□ augmente
□ diminue
Le nombre d’ion Cuivre II de la solution
□ augmente
□ diminue
La neutralité de la solution de sulfate de cuivre
□ est assurée par les ions K+
□ est assurée par les ions ClLa masse de la lame de zinc
□ augmente
□ diminue
Le nombre d’ion zinc II de la solution
□ augmente
□ diminue
La neutralité de la solution de sulfate de cuivre
□ est assurée par les ions K+
□ est assurée par les ions Cl-
Le pont salin est indispensable pour □ assurer la fermeture du circuit électrique
□ rétablir la neutralité de la solution
Exercice sur la pile cuivre/argent : n°18p93 (on peut s’aider de l’exercice résolu n°14p92)
1. La borne + est ………………………………….
la borne – est ……………………………………
2. Sens du courant électrique : en rouge
Lame
Sens de déplacement des électrons : en noir
d’argent
3. a)Les atomes qui « disparaissent » sont les atomes de
……………………….. car
…………………
…………………………………………………………
COM
mA
-0.4A
Papier filtre
Lame de
cuivre
Ils se transforment en ions …………………………..
Solution de
Solution de
nitrate
sulfate de
en …………………..…… ….. électrons
d’argent
cuivre
b) Les électrons qui apparaissent sur la plaque
Proviennent de
………………………………………………………………………………………………………………….
4. a) Chaque ion argent se transforme en atome d’argent en ……………………………………… électrons
b) Les électrons circulent donc dans les fils, de la lame de ………………… vers la lame de ……..... Le sens
conventionnel du courant est ………………… au sens de déplacement des électrons, donc le courant va de la
lame de ………………… vers la lame de ……………………….
Vérifions ces réponses à l’aide de l’animation suivante (en anglais) :
http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/electroChem/voltaicCellEMF.swf
accessible depuis http://juniorsciences.free.fr – 3° chimie – chap.4 I):
- Brancher le fil (wire) rouge à une lame d’argent (silver) en cliquant sur l’onglet « métals » et choisir une solution de
nitrate d’argent (AgNO3) avec l’onglet « solutions »
- Brancher le fil (wire) noir à une lame de cuivre (copper) en cliquant sur l’onglet « métals » et choisir une solution de
nitrate de cuivre (Cu(NO3)2) avec l’onglet « solutions »
- Allumer l’ampèremètre avec le bouton ON/OFF.
- Observer le fonctionnement de la pile et vérifier les réponses ci dessus
Protocole de synthèse d’un savon
1. Sur la table du fond, en utilisant la fonction « tare », prendre 8 grammes de cristaux de sodium hydroxyde (appelés aussi « cristaux
de soude caustique », Attention, produit corrosif !) et les verser dans l’erlenmeyer.
2. Sur votre table, mesurer à l’aide du bécher, environ 20mL d’eau et les verser dans l’erlenmeyer préalablement fixé à la potence du
système de chauffage (bec électrique). Agiter pour dissoudre les cristaux (attention, ça chauffe !)
3. Mesurer à l’aide du bécher, 20 mL d’huile et les introduire dans l’erlenmeyer
4. Mesurer à l’aide du bécher, 20 mL d’éthanol (alcool dénaturé) et les introduire dans l’erlenmeyer.
5. Boucher à l’aide du bouchon à tube réfrigérant
6. Chauffer en ajustant le thermostat sur 2-3. Ceci s’appelle un « chauffage à reflux » car les vapeurs qui se forment se re-condensent
dans le tube de verre et retombent dans les réactifs.
7. Agiter de temps en temps et préparer dans le verre à pied, 100mL d’eau saturée en sel (avec 2 cuillerées de sel).
8. Au bout de 10 minutes, prendre l’erlenmeyer à l’aide de la potence (attention à ce qu’elle y reste fixée) et verser le contenu dans
l’eau salée : celle-ci « relargue » un corps solide qui était dissout dans l’eau chaude, mais ne l’est plus dans l’eau froide et salée : le
savon.
9. Laissez décanter, récupérer à la cuillère ce corps solide qui surnage et l’introduire provisoirement dans le bécher : vérifier le pH à
l’aide de papier pH
10. Si vous avez le temps : Jeter le contenu du verre à pied à l’évier et préparer à nouveau 100mL d’eau salée. Y réintroduire le savon
pour le laver au maximum pour éliminer la soude résiduelle, agiter, laisser décanter et procéder comme précédemment. Vérifier à
nouveau le pH. Lorsque celui-ci est inférieur à 10, passer à la filtration.
11. Introduire le savon dans un filtre à l’aide d’une cuillère et laisser s’écouler le surplus liquide basique
12. Transférer le savon obtenu dans un moule avec votre nom et le laisser sécher sur le radiateur
(1-2) Compte rendu à faire :
• Faire un schéma annoté résumant les étapes 2,3 et 4 (1 seul schéma est demandé qui résume ces trois étapes)
• Faire un schéma annoté du chauffage à reflux
• Faire un schéma annoté du relarguage du savon par l’eau salée
• Faire un schéma de la filtration
(4) Questions complémentaires :
1. Quelle est l’intérêt de synthétiser des espèces chimiques n’existant pas dans la nature comme le savon ou les matières plastiques ?
2. Lis le doc 1 p104 sur la synthèse de la vanilline. De même, l’acide salicylique, qui peut être extrait de plantes (difficilement, donc
pour des coûts élevés), a été « copié » par le chimiste Hoffmann en 1893 qui en a synthétisé une variante (voir ex24p110). Quelle
est l’intérêt de synthétiser des espèces chimiques existant déjà dans la nature comme la vanilline ou l’acide salicylique ?
Correction de la situation problème :
Hypothèse possible :
- métal aluminium : la feuille d’alu se perce de multiples trous, montrant qu’elle est consommée. De plus, la tension n’est pas stable.
- m étal cuivre : pas de constatation visible mais la tension n’est pas stable
- métal fer : il se recouvre de cuivre et la tension n’est pas stable
Tous les essais de métaux montrent une tension instable qui baisse rapidement, ce qui prouve qu’il y a une réaction « parasite »
- papier filtre imbibé d’une solution ionique quelconque : la tension est stable
Il convient donc de choisir comme « pont électrolytique conducteur », un papier ou un coton imbibé d’une solution ionique.
Exercice sur la pile cuivre/argent : n°18p93 (on peut s’aider de l’exercice résolu n°14p92)
1. La borne + est ………………………………….
la borne – est ……………………………………
2. Sens du courant électrique : en rouge
Sens de déplacement des électrons : en noir
Lame
3. a)Les atomes qui « disparaissent » sont les atomes de d’argent
……………………….. car
…………………
…………………………………………………………
COM
mA
-0.4A
Papier filtre
Lame de
cuivre
Ils se transforment en ions …………………………..
Solution de
Solution de
en …………………..…… ….. électrons
nitrate
sulfate de
b)Les électrons qui apparaissent sur la plaque
d’argent
cuivre
Proviennent de
………………………………………………………………………………………………………………….
4. a) Chaque ion argent se transforme en atome d’argent en ……………………………………… électrons
b) Les électrons circulent donc dans les fils, de la lame de ………………… vers la lame de ……..... Le sens
conventionnel du courant est ………………… au sens de déplacement des électrons, donc le courant va de la
lame de ………………… vers la lame de ……………………….