Activité expérimentale : analyse de proportions

Le cuivre est utilisé depuis plus de 50 ans comme fongicide dans la protection de la vigne. Parmi ses différentes formes, l’hydroxyde de cuivre (II), de formule `"Cu(OH)"_2`, se distingue par une efficacité supérieure. Nous souhaitons en synthétiser en laboratoire, tout en évitant tout gaspillage de réactifs.

L’hydroxyde de cuivre peut être obtenu en mélangeant du sulfate de cuivre (II) et de la soude. La transformation qui se produit est modélisée par la réaction d'équation suivante : \(\mathrm{Cu^{2+}(aq)+2\ OH^-(aq)\longrightarrow Cu(OH)_2(s)}\).

Problématique : la quantité d’ions cuivre étant fixée, comment déterminer expérimentalement les proportions de réactifs les plus adaptées pour éviter le gaspillage ?

Consignes pour le professeur

La classe est divisée en deux grands groupes. Chacun répartit les six manipulations à réaliser (sur plusieurs binômes d'élèves). Un portant commun est utilisé pour déposer les six tubes de filtrats. Un élève par groupe est chargé de centraliser les données (résultats, photos, observations) et de les intégrer dans le tableau collaboratif sur Pearltrees. Le professeur crée :

• une collection Pearltrees par groupe (fichier collaboratif) ;
• une collection privée renforcée pour le dépôt final des travaux de binômes.

Protocole expérimental

• Verser dans un bécher, à l’aide d’une pipette jaugée, un volume \(V_1\mathrm{ = 25,0\ mL}\) d’une solution S₁ de sulfate de cuivre (II) de concentration \(C_1 \mathrm{ =1,0\times 10^{– 1}\ mol\cdot L^{–1}}\).
• Ajouter un volume `V_2` de solution S₂ d’hydroxyde de sodium de concentration \(C_2 \mathrm{=1,0\ mol\cdot L^{–1}}\) à l’aide d’une pipette graduée de \(\mathrm{10,0\ mL}\).
• Mélanger à l’aide d’une baguette en verre.
• Filtrer le mélange.
• À l’aide d’une pipette compte-gouttes, introduire environ \(\mathrm{2\ mL}\) du filtrat dans deux tubes à essai.
• Placer un des deux tubes sur le portant commun, en numérotant correctement le tube associé à vote binôme.

\(\begin{array}{|c|c|} \hline \textbf{Tube}& \textbf{1} & \textbf{2}& \textbf{3}& \textbf{4}& \textbf{5}& \textbf{6}\\\hline \mathbf{V_2\ (mL)} &{2,0} & {3,0} & {4,0}& {5,0}& {6,0}& {8,0}\\ \hline \end{array}\) 

Matériel par paillasse

• Quatre béchers de `50\ "mL"` 
• Une pipette jaugée de `25,0\ "mL"` 
• Une pipette jaugée de `5,0\ "mL"`
  
• Une pipette graduée de `10,0\ "mL"`
  
• Un agitateur en verre
• Un entonnoir
• Un erlenmeyer
• Papier filtre
• Des pipettes pasteur
• Solution de sulfate de cuivre de concentration `C_1 = 1,0cdot10^{-1} "mol·L"^{-1}`
  
• Solution d'hydroxyde de sodium de concentration `C_2 = 1,0 "mol·L"^-1`
  
• Deux grands portants à tube à essai, avec le nombre suffisant de tubes à essai.

1. Réalisation de la manipulation

Réaliser le protocole expérimental correspondant au(x) numéro(s) associé(s) à votre binôme.

Remarque : selon la répartition, certains binômes peuvent être amenés à effectuer deux manipulations.

2. Mise en commun des résultats

• Déposer un tube contenant le filtrat sur le portant commun.
• Disposer les papiers filtres à plat sur la paillasse.
• Numéroter tubes et papiers pour faciliter l’identification.
• Prendre une photo globale des résultats.
• Intégrer cette photo dans le document collaboratif sur Pearltrees.
  

Remarque : un élève désigné rassemble toutes les photos et les ajoute dans le fichier collaboratif.

3. Tests sur les filtrats

a. Proposer et réaliser, à l’aide du matériel mis à disposition, un ou plusieurs tests caractéristiques permettant de vérifier si un réactif est encore présent dans les filtrats. 

Remarque : avant toute manipulation, demander au professeur de valider la proposition de test.

b. Prendre une ou plusieurs photos des résultats obtenus, les ajouter dans le document collaboratif et compléter le tableau de résultat.

4. Travail final : enregistrement audio

Réaliser, en binôme, un enregistrement audio d’environ 3 minutes permettant de répondre à la problématique posée, en utilisant les résultats expérimentaux. L’objectif est de présenter le travail de manière claire, structurée et fluide. Les points suivants doivent être abordés (pas nécessairement dans cet ordre).

• Présentation de la situation étudiée, en expliquant brièvement la réaction chimique mise en jeu.
• Formulation de la problématique, décrire l’expérience expliquer son intérêt.
• Présentation des résultats expérimentaux, avec appui sur les photos prises pendant le TP, ainsi que sur le tableau collaboratif complété avec les résultats des différents groupes.
• Explication des tests caractéristiques réalisés : justifier le choix des tests effectués, analyser et interpréter les résultats obtenus.
• Conclusion en répondant à la problématique initiale.

Remarque : aucun calcul n’est attendu dans cet enregistrement. Parlez de manière naturelle, sans lire un texte mot à mot.

5. Finalisation et dépôt du travail

• Télécharger le document collaboratif, le renommer avec les noms des deux élèves, puis y insérer un QR-code renvoyant vers l’enregistrement audio réalisé.
• Déposer le document final, sous format PDF, dans la collection privée renforcée dédiée à cette activité sur Pearltrees.