Composition d'une eau

ACTIVITES

A1. Histoire de la composition de l'eau.

A11. S'approprier.

Doc1 : Découverte de la composition de l'eau.

Durant des siècles, l'eau était considérée comme un des quatre éléments (avec l'air, le feu et la terre). On supposait donc qu'elle était un corps simple, impossible à décomposer.

En 1743, Lavoisier affirme que : "L'eau n'est pas une substance simple. Elle est susceptible de décomposition et de recomposition".

En 1784, il réalise la décomposition de l'eau et obtient deux gaz : le dioxygène et le dihydrogène. Puis, à l'aide de ces deux gaz, il recompose de nouveau de l'eau liquide. Preuve est faite que l'eau est un corps composé.

Doc2 : Expérience.

Electr

On introduit de l'eau salée dans une cuve à électrolyse.

Sur chaque électrode, on place un tube à essai gradué rempli de cette même eau.

On relie les électrodes à une source de courant.

• Donner la formule chimique de l'eau.

A12. Réaliser - Analyser

• Mettre en place la manipulation décrite dans le doc2.

• Qu'observe-t-on ? • Laisser le processus quelques minutes.

• Mesurer • Comparer les mesures obtenues.

• Expliquer alors la formule chimique de l'eau.

A2. Analyse d'eaux.

Doc1 : Une étiquette particulière.

Etiquette 1

Doc2 : Différentes eaux.

Evian

Badoit

Robinet

Pluie

Doc3 : Tests.

La mise en évidence d’ions en solution s’effectue à l’aide de réactifs appropriés :

Ion	Réactif	Couleur du précipité
Chlorure $Cl^{ \ -}$	Nitrate d'argent $AgNO_3$	Blanc
Sulfate $SO_4^{ \ 2-}$	Chlorure de baryum $BaCl_2$	Blanc
Calcium $Ca^{ \ 2+}$	Oxalate d'ammonium $\left ( COONH_4 \right ) _ {2}$	Blanc
Fer II $Fe{ \ 2+}$	Soude $NaOH$	Vert
Fer III $Fe{ \ 3+}$	Soude $NaOH$	Rouille

A21. S'approprier.

• A l'aide de la classification périodique des éléments, nommer les trois premiers éléments de l'étiquette du doc1.

• Comparer les notations proposées sur l'étiquette et celles de la classification.

• Comment se nomment ses espèces ?

• Quelle est la différence entre ces espèces et celles présentes dans la classification ?

• Donner la composition de l'espèce $Cl^{ \ -}$ et de l'espèce $SO_4^{ \ 2-}$.

A22. Réaliser.

Verser quelques millilitres de chaque eau dans des tubes à essai.
Verser quelques gouttes de nitrate d’argent dans le tube 1.
Verser quelques gouttes de chlorure de baryum dans le tube 2.
Verser quelques gouttes d’oxalate d’ammonium dans le tube 3.
Pour chaque eau, préciser si elle contient les ions cités.

Evian :

L'eau contient	OUI	NON
ions $Cl^{ \ -}$
ions $SO_4^{ \ -}$
ions $Ca^{ \ 2+ }$

Badoit :

L'eau contient	OUI	NON
ions $Cl^{ \ -}$
ions $SO_4^{ \ -}$
ions $Ca^{ \ 2+ }$

Robinet :

L'eau contient	OUI	NON
ions $Cl^{ \ -}$
ions $SO_4^{ \ -}$
ions $Ca^{ \ 2+ }$

Pluie :

L'eau contient	OUI	NON
ions $Cl^{ \ -}$
ions $SO_4^{ \ -}$
ions $Ca^{ \ 2+ }$

A23. Mettre en évidence le dioxyde de carbone.

Adapter un tube à dégagement sur une bouteille d’au minérale gazeuse.
Faire sortir le tube dans un tube à essai contenant de l’eau de chaux.
Agiter la bouteille.
Observation :
Conclusion :

A3. L'eau est-elle un bon conducteur ?

Expérience.

Reprendre le montage de l'expérience de la première activité en mettant de l'eau pure dans la cuve.

• Proposer un moyen de vérifier si l'eau conduit le courant électrique.

• Faire valider par l'enseignant. • Mettre en œuvre et conclure.

• Reprendre l'expérience en remplaçant l'eau par de l'eau salée.

• Comparer, expliquer.

A4. Un café avant le départ.

Doc1 : En randonnée.

Avant de repartir pour une journée de marche, Paul se prépare un café avec des dosettes de café et de sucre.

La dosette pèse 2 g et contient 80% de caféine.

La dosette de sucre de 3g ne contient que du saccharose.

Il les verse intégralement dans une tasse contenant 200 mL d'eau chaude.

Doc 2 : Représentations.

Dans les représentations ci-dessous, les atomes de carbone sont représentés en noir, ceux d'hydrogène en blanc, ceux d'oxygène en rouge et ceux d'azote en bleu.

• Ecrire les formules brutes de chaque molécule du doc 2.

• A l'aide d'une recherche, déterminer la formule brute de la caféine et celle du saccharose.

• Déterminer la masse de caféine engloutie par Paul lorsqu'il boit un café.

• Calculer la concentration massique du café en caféine et en saccharose.

COURS

C1. Le fondement de la matière.

C11. L'atome.

· C'est la plus petite unité de base de la matière.

· Il est constitué :

d'un noyau contenant des protons chargés positivement et des neutrons sans charge.
D'un nuage électronique contenant autant d'électrons que de protons.
NB : la charge de l'électron étant l'opposée de celle du proton, il est électriquement neutre.

C12. Les éléments de la matière.

· Un élément est défini par son numéro atomique correspondant à son nombre de protons Z.

· Il existe une centaine d'éléments qu'on retrouve dans la classification périodique des éléments (classification de Mendeleïev).

· Ils y sont classés selon leur numéro atomique.

· Chacun est y représenté par son symbole.

· Les éléments de la dernière colonne sont appelés "gaz rares" ou "gaz nobles", ils n'existent que sous forme monoatomique.

C2. Les molécules.

• Une molécule est un assemblage d'atomes reliés entre eux par des liaisons covalentes.

• Une molécule est constituée d'au moins deux atomes.

• Les atomes étant électriquement neutre, une molécule est aussi électriquement neutre.

Nom	Dioxygène	Diazote	Chlorure d'hydrogène	Eau	Dioxyde de carbone	Ammoniac	Dioxyde de soufre
Formule	$O_2$	$N_2$	$HCl$	$H_2O$	$CO_2$	$NH_3$	$SO_2$
Modèle

C3. Les ions.

• Un ion est un atome ou une molécule qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

• Un cation est chargé positivement (perte d'électrons).

Exemples : l'ion calcium $Ca^{ \ 2+}$, l'ion sodium $Na^{ \ +}$, l'ion cuivre II $Cu^{ \ 2+}$, l'ion hydronium $H_3O^{ \ +}$.

• Un anion est chargé négativement (gain d'électrons).

Exemples : l'ion chlorure $Cl^{ \ -}$, l'ion sulfate $SO_4^{ \ 2-} $ , l'ion hydrogénocarbonate $HCO_3^{ \ -}$ .

NB : les ions ne sont pas électriquement neutres.

C4. Une solution aqueuse.

C41. Définitions.

• Une solution aqueuse est un mélange obtenu par dissolution d'un produit chimique (gaz ou solide) dans de l'eau.

• L'eau est le solvant.

• L'espèce dissoute est le soluté.

C42. Tests d'identification.

• Identification de molécules :

- Le sulfate de cuivre $CuSO_4$ colore la solution aqueuse en bleu.

- L'eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone $CO_2$.

• Identification des ions :

Réactif	Ions réagissant	Précipité
Chlorure de baryum	Ions sulfate $SO_4^{ \ 2-}$	Blanc
Nitrate d'argent	Ions chlorure $Cl^{\ -} $	Blanc qui noircit à la lumière
Oxalate d'ammonium	Ions calcium $Ca^{ \ 2+}$	Blanc
Soude	Ions fer II $Fe^{ \ 2+}$	Vert
	Ions fer III $Fe^{ \ 3+}$	Rouille
	Ions cuivre II $Cu^{ \ 2+}$	Bleu
	Ions zinc $Zn^{ \ 2+}$	Blanc

• Concentration massique :

La concentration massique d'une espèce en solution est le rapport de la masse introduite de cette dans le volume d'eau :

$C_m=\dfrac {m}{V}$

La masse m est exprimée en grammes (g).

Le volume V est exprimé en litres (L).

La concentration massique $C_m$ est exprimée en grammes par litre (g/L)