Pourquoi le fer se recouvre-t-il de cuivre dans une solution de sulfate de cuivre, et pas l’inverse ? Dans ce TP d’oxydoréduction, tu vas comparer le pouvoir réducteur de trois métaux, puis mesurer la masse de cuivre déposée pour vérifier une prévision faite avec un tableau d’avancement.
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Objectif du TP d’oxydoréduction
Classer qualitativement le zinc, le fer et le cuivre selon leur pouvoir réducteur, écrire les équations des réactions observées et comparer la masse de cuivre obtenue à la valeur prévue par l’avancement maximal.
Matériel
- Lames ou morceaux de zinc, de fer et de cuivre, nettoyés au papier abrasif fin
- Solutions de sulfate de zinc, de sulfate de fer(II) et de sulfate de cuivre(II) à 0,10 mol/L
- Neuf tubes à essais et un porte-tubes
- Laine de fer finement coupée (0,56 g environ à peser)
- Solution de sulfate de cuivre(II) à 0,200 mol/L (100 mL)
- Bécher de 250 mL, entonnoir, papier-filtre, éprouvette graduée de 100 mL
- Balance au centigramme (ou mieux), spatule, agitateur en verre
- Lunettes, gants, blouse, flacon de récupération des déchets
Sécurité
Porte blouse, gants et lunettes. Les solutions de sulfate de cuivre sont nocives pour les yeux et pour les milieux aquatiques : ne les verse jamais dans l’évier, utilise le flacon de récupération. Évite de toucher la laine de fer à mains nues. Lave-toi les mains en fin de séance.
Protocole
Partie A : classement qualitatif.
- Place dans le porte-tubes trois tubes contenant chacun environ 3 mL des solutions de Zn2+, Fe2+ et Cu2+.
- Plonge dans chacun une lame de zinc propre ; observe pendant 5 minutes (dépôt, couleur de la solution).
- Recommence avec une lame de fer, puis avec une lame de cuivre, dans trois nouveaux tubes à chaque fois.
- Note tes observations dans le tableau 1.
Partie B : bilan de matière.
- Pèse précisément une masse m(Fe) voisine de 0,56 g de laine de fer.
- Mesure 100 mL de solution de sulfate de cuivre(II) à 0,200 mol/L et verse-les dans le bécher.
- Ajoute la laine de fer et agite doucement pendant 10 minutes, jusqu’à disparition du fer visible.
- Pèse un papier-filtre sec et note sa masse m1.
- Filtre le mélange ; rince le dépôt avec un peu d’eau distillée (récupère le filtrat dans le flacon de déchets).
- Fais sécher le papier-filtre avec son dépôt (étuve douce ou plusieurs heures à l’air), puis pèse-le : m2.
- Calcule m(Cu) = m2 − m1 et complète le tableau 2.
Mesures à relever
Tableau 1 : observations (partie A).
| Métal plongé | Zn2+ | Fe2+ | Cu2+ |
|---|---|---|---|
| Zinc | … | … | … |
| Fer | … | … | … |
| Cuivre | … | … | … |
Tableau 2 : bilan de matière (partie B).
| Grandeur | Valeur |
|---|---|
| m(Fe) pesée (g) | … |
| Masse m1 du filtre sec (g) | … |
| Masse m2 filtre + cuivre sec (g) | … |
| m(Cu) = m2 − m1 (g) | … |
| n(Cu) = xf (mmol) | … |
Données : M(Fe) = 55,8 g/mol ; M(Cu) = 63,5 g/mol.
Questions
- Partie A : dans quels tubes observes-tu une transformation ? Décris le dépôt et la couleur de la solution.
- Écris les équations des réactions observées et indique, pour chacune, l’oxydant, le réducteur et les couples.
- Classe le zinc, le fer et le cuivre du plus réducteur au moins réducteur.
- Partie B : écris les demi-équations et l’équation de la réaction entre le fer et les ions cuivre(II).
- Calcule les quantités initiales de fer et d’ions Cu2+, puis xmax et le réactif limitant. Quelle masse de cuivre prévois-tu ?
- Compare ta masse mesurée à la masse prévue (rapport en %) et commente.
- Pourquoi la solution reste-t-elle bleue après la réaction ? Calcule la concentration finale en Cu2+.
- Pourquoi faut-il bien sécher le dépôt avant la pesée ? Cite deux sources d’erreur de cette mesure.
Pour aller plus loin
- Remplace la laine de fer par du zinc en poudre : quelle masse de zinc faut-il peser pour avoir le même avancement maximal ?
- Imagine un protocole pour placer l’argent dans ton classement avec une solution diluée de nitrate d’argent.
