EXPÉRIENCE 4 POURCENTAGE DE CUIVRE ET MASSE

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EXPÉRIENCE 4
POURCENTAGE DE CUIVRE ET MASSE
MOLAIRE D’UN COMPOSÉ DE CUIVRE
OBJECTIF : Déterminer le pourcentage de cuivre et la masse molaire d’un composé de
cuivre.
CONCEPT À VÉRIFIER : Le calcul de la masse molaire d’un composé exige que l’on
connaisse le pourcentage en masse d’un élément dans le composé et le nombre d’atomes de
cet élément dans la formule.
RÉFÉRENCES : (1) Chimie générale, D. L. Reger, S. E. Goode et E. E. Mercer, adapté par
A. Barrette, M. Chouinard, M. Lessard et S. Rossi, sous la direction de M. Deneux, 1e
édition, Éditions Études Vivantes, Laval, 2000.
INTRODUCTION
L’expérience 1 et la section K des techniques de laboratoire fournissent des renseignements
utiles sur l’utilisation des chiffres significatifs et les opérations mathématiques nécessaires
pour réussir cette expérience. L’utilisation des balances est expliquée dans la section B des
techniques de laboratoire.
Pour déterminer le pourcentage de cuivre dans un composé de cuivre, il faut d’abord réduire
en cuivre métallique les ions de cuivre(II) contenus dans un échantillon pesé du composé à
l’aide d’un métal très réactif, le magnésium. Cette réduction est provoquée par la réaction
avec le magnésium (une oxydation) d’un échantillon pesé du sel de cuivre dans une solution
aqueuse. Le nitrate de cuivre (Cu(NO3 )2 ) est un exemple d’un sel de cuivre soluble. La
réaction ionique nette est la suivante.
Cu2+(aq)
+
Mg(s)
→
Cu(s)
+
Mg2+(aq)
(Éq. 1)
Une utilisation de magnésium en excès permet de s’assurer que le cuivre a été entièrement
réduit dans la solution. Une fois la réaction terminée, l’ajout d’acide chlorhydrique dissout le
magnésium en excès et dégage de l’hydrogène. L’acide chlorhydrique ne réagit pas avec le
cuivre.
À la deuxième étape, le cuivre sera recueilli par filtrage, lavé, séché et pesé. Après avoir
mesuré la quantité de cuivre dans l’échantillon pesé du composé de cuivre, il faut calculer le
pourcentage de cuivre à l’aide de l’équation qui suit :
% de Cu =
masse de cuivre
masse de l' échantillon du composé de cuivre
× 100 %
L’équation suivante exprime le lien entre le pourcentage théorique de cuivre dans un
composé en particulier et sa masse molaire.
% Cu =
n(63,55)
×100 %
M
où n = nombre d’atomes de cuivre dans la formule
63,55 = masse atomique du cuivre
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M = masse molaire du composé
La formule de la plupart des sels de cuivre utilisés dans cette expérience contient un seul
atome de cuivre de sorte que n = 1 dans la plupart des cas. Votre enseignante ou votre
enseignant vous indiquera si la formule de votre composé contient plus d’un atome de cuivre.
Pour calculer la masse molaire du sel dans l’équation qui précède, vous utiliserez le
pourcentage de cuivre trouvé expérimentalement et la valeur de n.
ATTENTION ! VOUS DEVEZ PORTER DES VERRES PROTECTEURS
AUSSITÔT QUE VOUS PÉNÉTREZ DANS LE LABORATOIRE. GARDEZ LES
SUBSTANCES CHIMIQUES LOIN DE VOTRE VISAGE.
PROTOCOLE
Étape 1
Étape 2
Étape 3
Étape 4
Étape 5
Étape 6
Étape 7
Étape 8
Étape 9
Prenez une éprouvette contenant approximativement deux grammes d’un
composé de cuivre inconnu. Notez le numéro du composé inconnu sur le rapport
(1).
Lavez deux bechers de 150 ml et rincez-les à l’eau distillée.
Pesez l’éprouvette contenant le composé inconnu à 0,001 g près. Notez cette
masse sur le rapport (3)
En tapant doucement sur l’éprouvette, versez environ la moitié du composé
inconnu dans l’un des bechers de 150 ml. Écrivez « 1 » sur ce becher.
Pesez l’éprouvette et le reste du composé inconnu à 0,001 g près. Notez cette
valeur sur le rapport (5). [Note : La différence entre les masses à l’étape 3 et à
l’étape 5 est la masse du composé inconnu dans le becher « 1 » - rapport (21).]
Versez le reste du composé inconnu dans le second becher de 150 ml. Écrivez
« 2 » sur ce becher.
Pesez l’éprouvette vide à 0,001 g près. Notez cette masse sur le rapport (7).
[Note : La différence entre les masses à l’étape 5 et à l’étape 7 est la masse du
composé inconnu dans le becher « 2 » - rapport (21).]
Mettez une tige de verre propre munie d’un bout de caoutchouc dans chacun des
bechers. (Note : Laissez la tige de verre dans le becher jusqu’à la fin de
l’expérience.)
Ajoutez environ 50 ml d’eau distillée dans chacun des bechers. (Note : Versez
l’eau le long de la tige de verre pour éviter les éclaboussures.)
ATTENTION ! HCl EST UN ACIDE CORROSIF. RINCEZ LES RÉGIONS
ATTEINTES À GRANDE EAU.
ATTENTION ! H2 EST INFLAMMABLE. UTILISEZ UNE HOTTE ET GARDEZ
LA FLAMME ÉLOIGNÉE LORS DE CETTE RÉACTION
Étape 10 Ajoutez 5 ml de HCl 6 M dans chacun des bechers. Agitez jusqu’à ce que le
solide soit dissous. (Note : S’il reste encore du solide, ajoutez du HCl 6 M par
portions de 2 ml. Agitez pendant au moins une minute après chaque addition
jusqu’à ce que le solide se dissolve. Veillez à ne pas trop ajouter de HCl.)
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Étape 11 Ajouter 0,4 g de tournure de magnésium dans chacun des bechers et agitez bien.
Continuez à agiter fréquemment pendant au moins 15 minutes. (Note : Il devrait y
avoir un dépôt de cuivre dans le becher et la solution devrait être incolore. Si la
solution devient trouble, il pourrait s’être formé du Mg(OH)2 , mais il se dissoudra
dans l’acide. Ajoutez du HCl 6 M goutte à goutte jusqu’à ce que la solution soit
limpide.)
Étape 12 Mettez vos initiales sur deux papiers-filtres et écrivez « no 1 » et « no 2 ». Pesez
chacun des papiers-filtres et notez leurs masses sur le rapport (12).
Étape 13 Ajoutez environ 2 ml de HCl 6 M dans chacun des bechers pour dissoudre
l’excès de Mg. (Note : S’il n’y a pas de dégagement d’hydrogène, il se pourrait
qu’il n’y ait pas assez de magnésium pour faire réagir le cuivre(II) complètement.
Ajoutez environ 0,1 g de tournure de magnésium et agitez fréquemment pendant 5
minutes. Répétez cette étape pour dissoudre tout reste de magnésium.) Lorsque le
dégagement de H2 ralentit, ajoutez encore un peu de HCl jusqu’à ce que le
dégagement cesse.
Étape 14 Filtrez la solution à l’aide du papier-filtre. Assurez-vous de filtrer la solution no 1
avec le papier no 1. Utilisez un flacon laveur et la tige de verre pour mettre TOUT
le cuivre sur le papier-filtre. Utilisez environ 25 ml d’eau distillée pour laver
chacun des papiers-filtres et le précipité.
ATTENTION ! L’ALCOOL ET L’ACÉTONE SONT TRÈS INFLAMMABLES.
ASSUREZ-VOUS QUE TOUTES LES FLAMMES SONT ÉTEINTES LORSQUE
VOUS UTILISEZ CES PRODUITS.
Étape 15 Lorsque l’eau s’est écoulée, lavez le papier-filtre et le cuivre avec environ 5 ml
d’alcool éthylique . (Note : Utilisez un compte-gouttes pour arroser le papier et le
cuivre.)
Étape 16 Lorsque l’alcool s’est écoulé, lavez le papier-filtre et le cuivre avec environ 5 ml
d’acétone (INFLAMMABLE). Laissez le liquide se drainer.
Étape 17 Retirer avec soin les papiers-filtres et étendez-les sur des verres de montre. Mettez
les verres de montre sous une lampe chauffante ou dans une étuve pendant 10
minutes.
Étape 18 Lorsqu’ils sont secs, pesez chacun des papiers-filtres et le Cu qui s’y trouve à
0,001 g près et notez leurs masses sur le rapport (18). (Note : Vous pouvez sentir
le papier avec précaution pour vous assurer qu’il n’y a plus de résidu d’acétone.)
Étape 19 Séchez les papiers-filtres et leurs précipités pendant encore 5 minutes.
Étape 20 Répétez l’étape 18. Si les masses diffèrent de plus de 0,003 g, reprenez les étapes
19 et 20. Notez les masses sur le rapport (20.a). Inscrivez sur le rapport (20.b) la
différence entre les masses à l’étape 12 et à l’étape 20.a : c’est la masse de cuivre
récupérée.
Étape 21 Utilisez vos données pour calculer la masse du composé inconnu dans les
échantillons nos 1 et 2; inscrivez les résultats sur le rapport (21).
Étape 22 Calculez le pourcentage en masse de cuivre dans chaque échantillon et inscrivez
les résultats sur le rapport (22).
Étape 23 Calculez la masse molaire du composé de cuivre inconnu (rapport 23.a). Inscrivez
la moyenne sur le rapport (23.b).
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Nom de l’élève : ______________________Nom de l’enseignant(e) :___________________
Date :_______________________________
Groupe :__________________________
Répondez aux questions suivantes avant le laboratoire.
1. Quels réactifs et quelles parties de l’expérience exigent de la prudence et des précautions
particulières ? Expliquez les mesures à prendre pour que cette expérience soit sécuritaire.
2. Calculez le pourcentage de cuivre en masse théorique dans le sulfate de cuivre(II),
CuSO4.
3. Supposez que votre échantillon de sel de cuivre a une masse de 1,230 g. Quelle sera la
masse maximale de magnésium nécessaire pour réduire l’échantillon entièrement en
cuivre métallique ? Expliquez les suppositions que vous avez dû faire pour calculer cette
valeur.
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4. Si vous ajoutez 0,61 g de Mg pour réduire les ions de cuivre dans la question 3 (cette
masse pourrait être différente de celle que vous avez calculée), quel sera le plus grand
volume de HCl 6,0 M dont vous aurez besoin pour dissoudre l’excès de HCl ? Expliquez
comment vous êtes arrivé à ce volume.
5. Calculez la masse molaire d’un composé de cuivre inconnu à partir des données
recueillies par un élève. (Supposez qu’il y a un seul atome de cuivre dans la formule.)
Masse de l’éprouvette et du composé inconnu
14,653 g
Masse de l’éprouvette vide
12,876 g
Masse du papier-filtre
0,551 g
Masse du papier-filtre et du cuivre
1,098 g
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RAPPORT Pourcentage de
cuivre et masse molaire d’un
composé de cuivre
Nom de l’élève :_______________________________
Nom de l’enseignant(e) :________________________
Groupe :_____________________________________
Date : _______________________________________
Mesures
1.
3.
5.
Numéro de l’inconnu
________________
Masse de l’éprouvette et du composé inconnu _______________g
Masse de l’éprouvette et d’environ
la moitié du composé inconnu
_______________g
7.
Masse de l’éprouvette vide
_______________g
o
N 1
No 2
12.
Masse du papier-filtre
______________g
_________________g
18.
Masse du papier-filtre et du Cu ______________g
_________________g
20.a) Masse du papier-filtre et du Cu ______________g
_________________g
Résultats
21.
20.b)
22.
23.a)
Masse du composé inconnu
Masse de cuivre récupéré
% en masse de cuivre
Masse molaire du composé
de cuivre inconnu
23.b) Masse molaire moyenne
Becher 1
______________g
______________g
_____________ %
__________ g/mol
Becher 2
_________________g
_________________g
________________ %
_____________ g/mol
__________ g/mol
Calculs
% masse de cuivre
Masse molaire du composé de cuivre inconnu
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Répondez aux questions suivantes après le laboratoire.
1.
Quel effet les erreurs suivantes entraîneront-elles sur le pourcentage de cuivre dans
votre composé ? Les valeurs seraient-elles trop grandes, trop petites ou resteraientelles inchangées ? Expliquez vos réponses.
a. À l’étape 4, vous avez renversé un peu de l’échantillon en le versant dans le becher.
b. La solution était vert pâle lorsque vous l’avez filtrée à l’étape 14.
c. Il n’y a pas eu de dégagement de H2 à l’étape 13, mais vous êtes tout de même
passé à l’étape 14.
2.
Le pourcentage en masse de Cu dans un sel dont la formule contient un atome de
cuivre est de 50,6 %. Calculez sa masse molaire.
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