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Labo 3

9e année · Unité 1 · 1.7 · Travaux pratiques

Labo 3 · Le cycle du cuivre : suivre les atomes de cuivre

But : faire passer le cuivre par trois réactions chimiques et retrouver du cuivre à la fin, pour montrer que les atomes de cuivre ne sont jamais créés ni détruits.

Dans ton livret : PDF p. 49–52 (cycle du cuivre) ; p. 43–44 (notation) ; p. 45 (conservation de la masse)

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Les trois Ă©tapes

  1. Brûler.
    • Ponce une plaque de cuivre jusqu'Ă  ce qu'elle brille.
    • Tiens-la avec une pince dans la flamme bleue (bruyante) d'un bec Bunsen pendant 2 Ă  3 minutes.
    • Une couche noire d'oxyde de cuivre se forme.
  2. Gratter et ajouter l'acide.
    • Gratte l'oxyde de cuivre et recueille-le dans un petit bĂ©cher.
    • Ajoute 20 ml d'acide sulfurique diluĂ© et chauffe doucement, en remuant, jusqu'Ă  ce que le solide noir ait disparu.
    • Tu obtiens une solution bleue de sulfate de cuivre.
  3. Récupérer le cuivre.
    • Mets un clou en fer poncĂ© dans la solution de sulfate de cuivre pendant quelques minutes.
    • Du cuivre brun-rose recouvre le clou.

Mots clés

Mot Sens
réactif / produit ce qu'on a au départ / les nouvelles substances formées
oxydation une substance se combine avec l'oxygĂšne (Ă©tape 1)
oxyde de cuivre, CuO le composé noir formé quand le cuivre se combine avec l'oxygÚne
acide voir « Qu'est-ce qu'un acide ? » plus bas
acide sulfurique, H₂SO₄(aq) l'acide utilisĂ© Ă  l'Ă©tape 2
sel le composé formé quand un acide réagit ; ici le sulfate de cuivre. L'acide sulfurique donne des sulfates ; l'acide chlorhydrique donne des chlorures
réaction acide-base un acide réagit avec un oxyde de métal pour donner un sel et de l'eau (étape 2)
aqueux (aq) dissous dans l'eau
déplacement un métal plus réactif prend la place d'un métal moins réactif dans son composé : le fer prend la place du cuivre (étape 3)
métal de transition le cuivre et le fer sont tous deux dans le bloc central du tableau périodique
conservation de la masse les atomes sont réarrangés, ni créés ni détruits : la masse totale de tout ce qu'il y a avant est donc égale à la masse totale aprÚs

Qu'est-ce qu'un acide ?

Dans cette unitĂ©, nous utilisons deux acides : l'acide chlorhydrique, HCl(aq), et l'acide sulfurique, H₂SO₄(aq). Tous deux sont des solutions dans l'eau.

Un acide est une solution corrosive qui réagit :

  • avec les mĂ©taux rĂ©actifs, pour donner un sel et de l'hydrogĂšne
  • avec les oxydes de mĂ©taux, pour donner un sel et de l'eau (c'est l'Ă©tape 2)
  • avec les carbonates, pour donner un sel, de l'eau et du dioxyde de carbone

Les acides sont corrosifs : lunettes de protection et blouse dĂšs qu'il y a de l'acide sur la table.

Les Ă©quations

Étape 1 : cuivre + oxygùne → oxyde de cuivre (oxydation)

2Cu(s) + O₂(g) → 2CuO(s)

Reaction 1: 2Cu(s) + O2(g) → 2CuO(s)

Étape 2 : oxyde de cuivre + acide sulfurique → sulfate de cuivre + eau (acide-base)

CuO(s) + H₂SO₄(aq) → CuSO₄(aq) + H₂O(l)

Reaction 2: CuO(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + H2O(l)

Aucun gaz ne se forme : le produit est de l'eau. Certains livres disent Ă  tort qu'il se forme de l'hydrogĂšne.

Étape 3 : fer + sulfate de cuivre → sulfate de fer + cuivre (dĂ©placement)

Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s)

Reaction 3: Fe(s) + CuSO4(aq) → FeSO4(aq) + Cu(s)

Suivre les atomes de cuivre

Étape OĂč sont les atomes de cuivre
Départ dans le cuivre métallique (la plaque)
AprĂšs l'Ă©tape 1 dans l'oxyde de cuivre, Ă  la surface de la plaque
AprĂšs l'Ă©tape 2 dans le sulfate de cuivre, dissous dans la solution bleue
AprÚs l'étape 3 de nouveau dans du cuivre métallique, qui recouvre le clou

Dans chaque Ă©quation, le nombre d'atomes de cuivre est le mĂȘme des deux cĂŽtĂ©s. Le cuivre passe par trois substances diffĂ©rentes et redevient du cuivre : c'est la conservation de la matiĂšre. En gĂ©nĂ©ral, tu rĂ©cupĂšres moins de cuivre qu'au dĂ©part. Ce n'est pas parce que des atomes sont dĂ©truits : un peu de cuivre reste en arriĂšre Ă  chaque Ă©tape, par exemple de l'oxyde qui n'a pas Ă©tĂ© grattĂ©.

Sécurité

  • Flamme nue : cheveux attachĂ©s.
  • Objets chauds : Ă  manipuler avec une pince.
  • Acide sulfurique : corrosif. Lunettes de protection, et ne le laisse pas bouillir.
  • Sulfate de cuivre : nocif.
  • Lave-toi les mains Ă  la fin.
  • Garde tes lunettes de protection jusqu'Ă  ce que tout soit rangĂ©.
  • Reste debout pendant le chauffage. Le cuivre chaud ressemble au cuivre froid.
  • Si de l'acide est renversĂ©, prĂ©viens ton professeur tout de suite.
  • Les chemins du cuivre (pour aller plus loin) : sors le tube Ă  dĂ©gagement de l'eau de chaux avant d'Ă©teindre le bec Bunsen, et pas de flamme prĂšs du tube de magnĂ©sium.
Envie d'aller plus loin ? Les chemins du cuivre (3 leçons)

Ta fiche

La fiche de travaux pratiques du cycle du cuivre, en une leçon. 8 pages, en anglais.

Connecte-toi avec ton compte de l'Ă©cole pour ouvrir les fiches.

Envie d'aller plus loin ? Les chemins du cuivre (3 leçons)

Il existe une suite : obtenir de l'oxyde de cuivre de deux façons (avec du cuivre métallique et avec du carbonate de cuivre), puis récupérer le cuivre de deux façons (avec du fer et avec du magnésium), et comparer les quatre chemins. Voir Les chemins du cuivre 1 à 3.

Avant la leçon 1, fais une prĂ©diction : quand on chauffe du cuivre dans l'air, devient-il plus lourd, plus lĂ©ger, ou garde-t-il la mĂȘme masse ? Et le tube de carbonate de cuivre, qui dĂ©gage un gaz quand on le chauffe ?

Observe et mesure

  • La couleur avant, pendant et aprĂšs chaque rĂ©action. Regarde aussi Ă  l'intĂ©rieur du pli de la feuille de cuivre, pas seulement Ă  l'extĂ©rieur.
  • La masse avant et aprĂšs le chauffage : la feuille de cuivre (A1 et A2) et le tube de carbonate de cuivre (B1 et B2).
  • Ce qui arrive Ă  l'eau de chaux pendant que le carbonate de cuivre chauffe.
  • À la leçon 2 : quel tube rend le cuivre le plus vite, le clou en fer ou le magnĂ©sium ? Qu'est-ce qui se forme, et oĂč ? Y a-t-il des bulles ?
  • À chaque Ă©tape : dans quelle substance sont les atomes de cuivre maintenant ?

Leçon 1 : deux façons d'obtenir de l'oxyde de cuivre

PDF, 4 pages, en anglais. Prédictions, sécurité, façon A, façon B, équations et explication des masses.

Leçon 2 : deux façons de retrouver le cuivre

PDF, 3 pages, en anglais. Prédictions, sécurité, oxyde de cuivre et acide sulfurique, les tubes de fer et de magnésium, équations.

Leçon 3 : suivre les atomes de cuivre

PDF, 4 pages, en anglais. Tes résultats, la carte des quatre chemins, le tableau des atomes de cuivre, masse et conservation, quel chemin est le meilleur.

Vidéos

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The reaction between copper oxide and sulfuric acid (Chemistry with Mrs V) l'Ă©tape 2.
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Iron + copper(II) sulfate time-lapse (Jeremy Krug) l'étape 3, accélérée 100 fois.
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Copper sulfate, slow motion (Periodic Videos)
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Pour aller plus loin Thermal decomposition of copper carbonate l'autre façon d'obtenir de l'oxyde de cuivre (Les chemins du cuivre 1).

À toi

Équilibre la premiĂšre Ă©quation du cycle : le cuivre chauffĂ© dans l'air. Compte d'abord les atomes de chaque cĂŽtĂ©.

Équilibrer une Ă©quation3 Ă©tapes · change seulement les grands nombres
  1. Compte les atomes de chaque cĂŽtĂ©. Pour l’instant, chaque grand nombre vaut 1. Compte chaque sorte d’atome dans les rĂ©actifs Ă  gauche et dans les produits Ă  droite.
  2. Équilibre-la avec les grands nombres. Rends Ă©gales les deux barres de chaque Ă©lĂ©ment. Change seulement les grands nombres devant. Les petits nombres sont verrouillĂ©s.
    • Cu + O₂ → CuO: ÉquilibrĂ©e : 2 Cu(s) + O₂(g) → 2 CuO(s)
  3. Les mĂȘmes atomes avant et aprĂšs. Les mĂȘmes atomes avant et aprĂšs : la masse est donc la mĂȘme.

Essaie avec :

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