La r�action de pr�cipitation (�change d'ions)

I. d�finition

C'est une r�action durant laquelle un produit tr�s peu soluble est form�. Ce produit peu soluble se nomme pr�cipit� et se d�pose g�n�ralement au fond du r�cipient, il pr�cipite. La formation d'un pr�cipit� peut �tre la suite de la r�action entre deux solutions �lectrolytes.

	R�actions de pr�cipitation en vid�o

II. signification du K_ps  et Q_ps

Le Kps est une constante et se nomme produit de solubilit�. Le Kps se calcule sur base des concentrations st�chiom�triques (voir page pr�c�dente). Le Kps permet de d�terminer si un compos� est soluble ou peu soluble.

Le Qps est �galement une constante et se nomme quotient r�actionnel. Il se calcule avec la m�me forme math�matique que le K_ps ([Pb²⁺] . [Cl^-]²). Mais il se calcule avec les concentrations initiales. Ces concentrations initiales se notent C_r�actif.

Soit une mol�cule AaBb, si  (CA⁺)^a . (CB^-)^b (quotient r�actionnel, not� Q_ps)

La comparaison entre la valeur du Q_ps et du K_ps permet de pr�voir si lors du m�lange de deux solutions d'�lectrolytes, un pr�cipit� sera form� ou non.

III. �criture des r�actions de pr�cipitations

AgNO3 (aq)   +   Na2CO3 (aq)       ?
(soluble)	( soluble )

III.1. Ecriture des ions en pr�sence

AgNO3 (aq)   +   Na2CO3 (aq)       ?
Ag+	2 Na+
NO3-	CO32-

III.2. Transfert des ions + pond�ration afin de respecter la neutralit� des charges

2  AgNO3 (aq)   +   Na2CO3 (aq)       ?

III.3. D�termination des ions acteurs et des ions spectateurs

Dans la table des K_ps, nous regardons si les nouvelles substances form�es par le transfert d'ions sont solubles ou peu solubles. Ici, Ag₂CO₃ est un compos� peu soluble, car il se trouve dans la table des K_ps, c'est donc lui qui est susceptible de  pr�cipiter. Les ions acteurs sont donc : 2 Ag⁺ et CO₃^2-. Les deux autres restant dans la solution sous forme d'ions et ne r�agissant pas, ils sont appel�s spectateurs.

 Les ions acteurs sont : 2 Ag⁺ et CO₃^2-  qui forment Ag₂CO₃, compos� peu soluble.

Les ions spectateurs sont 2 Na⁺ et 2 NO₃^- qui forment 2 NaNO₃ compos� soluble, donc ils restent sous forme d'ions dans la solution.

III.4. Ecriture de la r�action de pr�cipitation

2 AgNO_{3 (aq)}   +   Na₂CO_{3 (aq)}       + 2 NaNO_{3 (aq)}

IV. Mise en �vidence exp�rimentale de la r�action de pr�cipitation et calcul du quotient r�actionnel

+	HCl(aq) (0,1 M) (2 mL)	Na2SO4(aq) (0,1 M) (2 mL)	NaOH(aq) (1 M) (1 mL)
Ba(NO3)2 (aq) ((0,1 M) (2 mL)	pas de pr�cipit�, la solution produite apr�s m�lange des compos�s est incolore	apparition d'un pr�cipit� poudreux de couleur blanche	apparition d'un d�but de pr�cipit�, la solution r�sultant du m�lange des compos�s est trouble
Pb(NO3)2 (aq) (0,1 M) (2 mL)	un pr�cipit� poudreux blanc se d�pose dans le fond du tube � essais	la solution devient blanche et un d�p�t blanc se d�pose au fond du tube	la solution devient blanche et un d�p�t blanc se d�pose au fond du tube
FeSO4 (aq) (0,1 M) (2 mL)	pas de pr�cipit�, la solution produite apr�s m�lange des compos�s est incolore	pas de pr�cipit�, la solution produite apr�s m�lange des compos�s est incolore	formation d'un pr�cipit� de couleur verte qui se d�pose dans le fond du tube sous forme de paillettes
CuSO4 (aq) (0,1 M) (2 mL)	pas de pr�cipit�,  pas de changements apparents, la solution reste turquoise	pas de pr�cipit�,  pas de changements apparents, la solution reste turquoise	apparition d'un pr�cipit� bleu de consistance g�latineuse. (pr�cipit� collo�dal)
AgNO3 (aq) (0,1 M) (2 mL)	la solution devient blanch�tre et de consistance "huileuse"	apparition d'un l�ger trouble, il y a formation d'un d�but de pr�cipit�	apparition d'un pr�cipit� brun avec un d�p�t brun sous forme de paillettes

Colonne n�1 (avec ajout de 2 mL d'HCl, 0,1 M)	Colonne n�3 (avec ajout de 1 mL de NaOH, 1 M)

Photographies : (c) octobre 2003 - Miseur Ludovic | remerciement � Mme A. Vancoppernolle

IV.2. V�rification par calcul des r�sultats exp�rimentaux (pr�cipit� uniquement)

1. Pb(NO3)2 +  HCl   ?	2 mL (0,1 M)  +  2 mL (0,1 M) ?
ions acteurs : Pb2+ + 2 Cl-
Pb(NO3)2 + 2 HCl    + 2 HNO3
- calcul de la concentration en Pb2+
1000 mL ---> 0,1 mole de Pb2+
2 mL ---> 0,1/500 mole de Pb2+
4 mL ---> 0,1/500 mole de Pb2+	car le volume de solution totale est 4mL (2 + 2)
1000 mL ---> 0,05 mole de Pb2+	car la concentration doit �tre exprim�e en mole / litre et 1000 mL = 1 L
- calcul de la concentration en Cl-
0,05 mole de Cl-	m�me d�veloppement que ci-dessus
- calcul du quotient r�actionnel
CPb2+ . C2Cl-
(0,05) . (0,05)�
= 0,00125 = 1,25 . 10-3	or, le Kps du compos� PbCl2 est �gale � 1,6 . 10-5
Le quotient r�actionnel est plus grand que le Kps, le compos� pr�cipite. La th�orie et l'exp�rimentation concordent, il y a bien eu apparition d'un pr�cipit�.

2.  AgNO3 + HCl    ?	2 mL (0,1 M)  +  2mL (0,1 M) ?
ions acteurs : Ag+ + Cl-
Concentration en Ag+ : 0,05 mole	(m�me calcul que pour le n�1)
Concentration en Cl- : 0,05 mole	(m�me calcul que pour le n�1)
Calcul du quotient r�actionnel (Qps)
CAg+ . CCl-
(0,05) . (0,05) = 0,0025 = 2,5 . 10-3	or, le Kps de AgCl = 1,8 . 10�10
Le quotient r�actionnel est plus grand que le Kps, le compos� pr�cipite. La th�orie et l'exp�rimentation concordent, il y a bien eu apparition d'un pr�cipit�.

3. Ba(NO3)2 + Na2SO4 + 2 NaNO3		4. Pb(NO3)2 + Na2SO4 + 2 NaNO3
Qps = 0,0025 = 2,5 .10-3		Qps = 0,0025 = 2,5 .10-3
Kps = 1,1 . 10�10		Kps = 1,8 . 10�8
Qps > Kps => pr�cipit� de BaSO4		Qps > Kps => pr�cipit� de PbSO4
5. 2 AgNO3 + Na2SO4 + 2 NaNO3
Qps = 0,00125 = 1,2 .10-4
Kps = 1,7 . 10�5
Qps > Kps => pr�cipit� de Ag2SO4

6. Ba(NO3)2 + 2 NaOH   ?	2 mL (0,1 M)  +  1 mL (1 M) ?
Ba(NO3)2 + 2 NaOH   + 2 NaNO3
- calcul de la concentration en Ba2+
1000 mL ---> 0,1 mole de Ba2+
2 mL ---> 0,1/500 mole de Ba2+
3 mL ---> 0,1/500 mole de Ba2+	car le volume de solution totale est 3 mL (2 + 1)
1000 mL ---> 0,067 mole de Ba2+	car la concentration doit �tre exprim�e en mole / litre et 1000 mL = 1 L
- calcul de la concentration en OH-
1000 mL ---> 1 mole de OH-
1 mL ---> 1/1000 mole de OH-
3 mL ---> 1/1000 mole de OH-	car le volume de solution totale est 3 mL (2 + 1)
1000 mL ---> 0,33 mole de OH-	car la concentration doit �tre exprim�e en mole / litre et 1000 mL = 1 L
- calcul du quotient r�actionnel
CBa2+ . C2OH-
(0,067) . (0,33)�
Qps = 0,0072963  ~  7,3 .10-3	or, le Kps du compos� Ba(OH)2 est �gale �  5,0 . 10�3
Le quotient r�actionnel est plus grand que le Kps, le compos� pr�cipite. La th�orie et l'exp�rimentation concordent, il y a bien eu apparition d'un pr�cipit�.

7. Pb(NO3)2 + 2 NaOH + 2 NaNO3		8. FeSO4 + 2 NaOH + Na2SO4
Qps =  7,3 .10-3		Qps =  7,3 .10-3
Kps = 2.8 . 10�16		Kps = 7,9. 10�15
Qps > Kps => pr�cipit� de Pb(OH)2		Qps > Kps => pr�cipit� de Fe(OH)2

9. CuSO4 + 2 NaOH + Na2SO4		10. AgNO3 + NaOH + NaNO3
Qps =  7,3 .10-3		Qps =  2,21 .10-2
Kps = 1,6 . 10�19		Kps = 2,0 . 10�8
Qps > Kps => pr�cipit� de Cu(OH)2		Qps > Kps => pr�cipit� de AgOH

IV.3. Conclusion

La th�orie et les r�sultats exp�rimentaux concordent. Les valeurs de Kps ont �t� donn�es pour une temp�rature de 25�C et les exp�rimentations ont �t� effectu�es dans une temp�rature l�g�rement inf�rieure � 25�C. Toutefois aucune discordance n'est � signaler. Il aurait pu se produire des pr�cipit�s non-pr�vus de mani�re th�orique si les solutions comportaient des ions perturbateurs.