TP virtuel d'identification des ions : flamme, précipités

Ce TP virtuel d'identification des ions correspond au TP obligatoire d'AQA GCSE Chemistry sur l'utilisation de tests chimiques pour identifier les ions de composés ioniques inconnus. Les élèves font des tests de flamme et ajoutent de la soude goutte à goutte, puis en excès, pour trouver l'ion métallique. Ils recherchent les carbonates avec un acide dilué et l'eau de chaux, les halogénures avec l'acide nitrique et le nitrate d'argent, et les sulfates avec l'acide chlorhydrique et le chlorure de baryum. Ils remplissent un tableau de résultats, trouvent la formule de chaque sel inconnu et obtiennent une correction immédiate, sans bec Bunsen, sans acide concentré et sans déchets d'argent ni de baryum.

Liens avec les programmes

• AQA GCSE Chemistry 4.8.3 (identification of ions by chemical and spectroscopic means) : tests de flamme, hydroxydes métalliques, carbonates, halogénures et sulfates, et le TP obligatoire sur l'identification des ions de composés ioniques inconnus. Ce TP fait partie de GCSE Chemistry seulement, pas de Combined Science: Trilogy.
• Autres programmes : les mêmes tests qualitatifs figurent en IB Chemistry, en chimie inorganique d'A-level et dans de nombreux programmes nationaux. En AP Chemistry, les enseignants peuvent utiliser les tests de précipitation avec les équations ioniques nettes (Unit 4).

Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction, sur papier ou comme question 1 du lien de classe :

« Vous ajoutez de la soude, d'abord quelques gouttes puis en excès, à une solution de chlorure d'aluminium et à une solution de chlorure de magnésium. Qu'allez-vous voir dans chaque tube ? »

La plupart des élèves savent que les deux donnent un précipité blanc. Peu prédisent la différence en excès. Ne les corrigez pas encore.

Protocole dans la simulation

La simulation a deux modes. En Sels connus (entraînement), chaque sel est nommé, et les équations apparaissent après chaque test. En Sels inconnus, la simulation tire des sels au hasard, et les élèves les identifient.

1. Réglez Mode sur « Sels connus (entraînement) ». Choisissez Test : Soude (NaOH). Testez AlCl₃, MgCl₂, CuSO₄, FeSO₄ et FeCl₃ : appuyez sur Ajouter quelques gouttes de NaOH, puis sur Ajouter NaOH en excès.
2. Choisissez Test : Test de flamme. Appuyez sur Nettoyer le fil, puis sur Tremper le fil et Dans la flamme pour LiCl, NaCl, KCl, CaCl₂ et CuCl₂. Essayez ensuite KCl juste après NaCl sans nettoyer le fil.
3. Faites les tests des carbonates, des halogénures et des sulfates sur Na₂CO₃, NaCl, KBr, NaI et K₂SO₄. Pour les halogénures, essayez aussi Acidifier avec HCl dilué sur NaI pour voir pourquoi on utilise l'acide nitrique.
4. Passez le Mode sur « Sels inconnus ». Pour chaque inconnu, faites tous les tests et choisissez ce que vous avez vu avec les boutons sous les étapes. Le tableau de résultats se remplit.
5. Choisissez le cation, l'anion et la formule de chaque inconnu, puis appuyez sur Vérifier mes réponses. Nouveaux inconnus tire une nouvelle série.

Échantillon	Couleur de flamme	NaOH, quelques gouttes	NaOH en excès	HCl dilué, gaz dans l'eau de chaux	HNO₃ puis AgNO₃	HCl puis BaCl₂	Formule
Inconnu A
Inconnu B
Inconnu C

Résultats attendus

Ces observations viennent de la simulation en mode Sels connus :

Ion	Test	Ce que voient les élèves
Li⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cu²⁺	flamme	rouge carmin, jaune, lilas, rouge orangé, vert
Al³⁺	NaOH	précipité blanc qui se dissout en excès
Ca²⁺	NaOH	un peu de précipité blanc
Mg²⁺	NaOH	précipité blanc qui reste en excès
Cu²⁺	NaOH	précipité bleu
Fe²⁺	NaOH	précipité vert, qui devient lentement rouille en surface
Fe³⁺	NaOH	précipité rouille
CO₃²⁻	HCl dilué, puis eau de chaux	effervescence ; l'eau de chaux se trouble
Cl⁻, Br⁻, I⁻	HNO₃, puis AgNO₃	précipité blanc, crème, jaune
SO₄²⁻	HCl, puis BaCl₂	précipité blanc

Trois erreurs de méthode se voient clairement :

• KCl testé après NaCl sans nettoyer le fil donne une flamme de couleur mélangée, et la simulation signale des traces du sel précédent. Après nettoyage, la flamme est lilas.
• NaI acidifié avec HCl donne un précipité pâle, blanc jaunâtre, car les ions chlorure ajoutés précipitent sous forme d'AgCl.
• Na₂CO₃ avec BaCl₂ sans acide donne un précipité blanc, un faux positif pour les sulfates.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Que se passe-t-il quand on ajoute du NaOH, puis un excès, à AlCl₃ et à MgCl₂ ?
2. Pourquoi nettoie-t-on le fil du test de flamme avant chaque test ?
3. Que voyez-vous quand on ajoute du NaOH à FeSO₄, d'abord quelques gouttes puis en excès ?
4. Quel sel donne une flamme lilas, pas de précipité avec NaOH, pas d'effervescence avec l'acide, un précipité crème avec AgNO₃ acidifié et rien avec BaCl₂ acidifié ?
5. Acidifiez NaI avec HCl dilué avant d'ajouter AgNO₃. Que voyez-vous, et pourquoi faut-il utiliser l'acide nitrique à la place ?

Réponses pour l'enseignant : (1) Les deux donnent un précipité blanc ; seul celui de l'aluminium se dissout en excès. (2) Pour retirer les traces du sel précédent, qui se mêleraient à la nouvelle couleur de flamme ou la masqueraient. (3) Un précipité vert qui reste en excès et devient lentement rouille en surface. (4) KBr. (5) Un précipité pâle, blanc jaunâtre. HCl apporte des ions chlorure, qui précipitent en AgCl blanc quel que soit le sel et masquent l'AgI jaune. L'acide nitrique élimine les ions carbonate sans ajouter d'ions halogénure.

Idées fausses fréquentes

• « Un précipité blanc avec NaOH veut dire aluminium. » Ca²⁺ et Mg²⁺ donnent aussi des précipités blancs. Seul le test avec un excès de NaOH permet de les distinguer.
• « N'importe quel acide convient avant le nitrate d'argent ou le chlorure de baryum. » HCl apporte Cl⁻ et H₂SO₄ apporte SO₄²⁻ : chacun donne un faux positif dans l'un des tests.
• « Une flamme jaune prouve que le sel est un sel de sodium. » Une trace de sodium sur un fil sale suffit à colorer la flamme en jaune.

Prolongement

• Verre au cobalt : en mode Sels connus, choisissez le mélange NaCl + KCl. La flamme paraît jaune. Cochez Verre au cobalt : le verre absorbe le jaune du sodium et laisse voir la couleur du potassium.
• Les halogénures plus en détail : la simulation sur les ions halogénure distingue AgCl, AgBr et AgI avec l'ammoniaque.

Questions fréquentes

Les élèves peuvent-ils faire le TP obligatoire sans laboratoire ?

Ils peuvent s'entraîner à chaque test et identifier des inconnus avec une correction immédiate. Utilisez la simulation avant le TP réel pour que les élèves connaissent l'ordre des étapes, ou à sa place quand le temps manque.

Les inconnus sont-ils les mêmes pour tous les élèves ?

Non. Chaque élève reçoit une série tirée au hasard : les camarades ne peuvent donc pas copier les formules les uns des autres. C'est pourquoi la série de questions utilise le mode Sels connus, où les réponses sont fixes.

Comment empêcher les élèves d'utiliser les équations comme indices ?

En mode Sels inconnus, les équations n'apparaissent qu'après une réponse juste ou après Voir les réponses. Décochez « Décrire les observations en mots » pour obliger les élèves à lire l'image plutôt que le texte.

Simulations et guides associés

Couleurs de flamme des groupes 1/2 et adoucissement de l’eau dure Ions halogénure – identification par AgNO₃

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