Sciences · Chimie
Tests de reconnaissance des ions
On identifie un ion en solution en ajoutant un réactif qui forme avec lui un précipité de couleur caractéristique : la soude révèle Cu²⁺ (bleu), Fe²⁺ (vert), Fe³⁺ (rouille) et Zn²⁺ (blanc) ; le nitrate d’argent révèle Cl⁻.
Mis à jour le 4 min de lecture
Une solution d’eau salée, une solution de sulfate de cuivre ou une eau minérale contiennent des ions invisibles. Pour savoir lesquels, on réalise des tests de reconnaissance : on ajoute quelques gouttes d’un réactif qui forme, avec l’ion recherché, un précipité, c’est-à-dire un solide insoluble qui apparaît dans la solution. Sa couleur permet d’identifier l’ion. Ces tests sont au programme de 3e en France.
Les tests des ions positifs (cations) avec la soude
Le réactif est la soude, solution d’hydroxyde de sodium contenant des ions hydroxyde HO⁻. Ils forment avec plusieurs ions métalliques des hydroxydes insolubles et colorés.
| Ion testé | Nom | Couleur du précipité | Précipité formé |
|---|---|---|---|
| Cu²⁺ | Ion cuivre (II) | Bleu | Hydroxyde de cuivre Cu(OH)₂ |
| Fe²⁺ | Ion fer (II) | Vert (verdâtre, qui brunit à l’air) | Hydroxyde de fer (II) Fe(OH)₂ |
| Fe³⁺ | Ion fer (III) | Rouille (orangé-brun) | Hydroxyde de fer (III) Fe(OH)₃ |
| Zn²⁺ | Ion zinc | Blanc (se redissout dans un excès de soude) | Hydroxyde de zinc Zn(OH)₂ |
| Al³⁺ | Ion aluminium | Blanc (se redissout aussi dans un excès de soude) | Hydroxyde d’aluminium Al(OH)₃ |
Exemple d’équation : Cu²⁺ + 2 HO⁻ → Cu(OH)₂.
Le précipité vert de l’hydroxyde de fer (II) s’oxyde lentement au contact de l’air et brunit en surface : il faut observer rapidement.
Les tests des ions négatifs (anions)
| Ion testé | Nom | Réactif | Résultat |
|---|---|---|---|
| Cl⁻ | Ion chlorure | Nitrate d’argent | Précipité blanc qui noircit à la lumière (chlorure d’argent AgCl) |
| SO₄²⁻ | Ion sulfate | Chlorure de baryum | Précipité blanc (sulfate de baryum BaSO₄) |
| HO⁻ | Ion hydroxyde | Papier pH ou indicateur | pH supérieur à 7 |
| H⁺ (ou H₃O⁺) | Ion hydrogène | Papier pH ou indicateur | pH inférieur à 7 |
Exemple d’équation : Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl.
Les ions H⁺ et HO⁻ se repèrent par la mesure du pH (voir acides et bases et indicateurs colorés).
Le test de flamme
Certains ions métalliques colorent une flamme de façon caractéristique quand on y introduit un fil imbibé de leur solution, par émission de raies (voir spectres d’émission et d’absorption) :
| Ion | Couleur de la flamme |
|---|---|
| Na⁺ (sodium) | Jaune-orangé intense |
| K⁺ (potassium) | Lilas, violet pâle |
| Ca²⁺ (calcium) | Rouge brique, orangé |
| Cu²⁺ (cuivre) | Vert |
| Li⁺ (lithium) | Rouge vif |
Ce test, réalisé par l’enseignant, est surtout démonstratif.
Protocole d’un test
- Prélever environ 1 à 2 mL de la solution à tester dans un tube à essais propre.
- Ajouter quelques gouttes de réactif à la pipette Pasteur ou au compte-gouttes.
- Observer l’apparition éventuelle d’un précipité et sa couleur.
- Conclure : la présence du précipité caractéristique prouve la présence de l’ion ; son absence indique que l’ion est absent ou en trop faible quantité.
Il est utile de réaliser un témoin : le même test sur une solution dont on sait qu’elle contient l’ion, pour comparer les couleurs.
Sécurité
Erreurs fréquentes
- Confondre précipité et coloration : une solution de sulfate de cuivre est bleue et limpide ; le précipité, lui, est un solide qui trouble la solution.
- Confondre Fe²⁺ et Fe³⁺ : vert pour le fer (II), rouille pour le fer (III).
- Utiliser la soude pour tester les ions chlorure : c’est le nitrate d’argent.
- Conclure trop vite sur un précipité blanc : avec la soude, il peut s’agir de Zn²⁺ ou d’Al³⁺, et un précipité blanc peut aussi venir d’un autre ion. On recoupe avec d’autres tests.
Exercice corrigé
Énoncé. On teste une eau minérale. a) Avec le nitrate d’argent, un précipité blanc apparaît et noircit à la lumière. b) Avec le chlorure de baryum, un léger précipité blanc apparaît. c) Avec la soude, aucun précipité coloré n’apparaît. Quelles conclusions tirer ?
Corrigé.
- L’eau contient des ions chlorure Cl⁻.
- Elle contient des ions sulfate SO₄²⁻.
- Elle ne contient pas, en quantité détectable, d’ions cuivre, fer (II) ou fer (III). Les ions calcium et magnésium habituels de l’eau minérale ne sont pas révélés de façon nette par ces tests.
Questions fréquentes
Pourquoi le chlorure d’argent noircit-il à la lumière ?
La lumière décompose le chlorure d’argent et libère de fines particules d’argent métallique, qui apparaissent noires. Cette sensibilité à la lumière des sels d’argent est à la base de la photographie argentique.
Une eau du robinet contient-elle des ions chlorure ?
Oui, en petite quantité, comme la plupart des eaux naturelles. Le test au nitrate d’argent donne donc souvent un léger trouble blanc, même avec l’eau du robinet : c’est pourquoi on utilise de l’eau distillée pour préparer les solutions.
Que veut dire le chiffre romain dans « fer (II) » ?
Il indique la charge de l’ion : le fer (II) est l’ion Fe²⁺, le fer (III) l’ion Fe³⁺. Un même élément peut former plusieurs ions.