Composition d'une solution aqueuse quelconque

Ne disposant pas des méthodes physico-chimiques modernes, nos ancêtres les chimistes de la première moitié du XX^e siècle ont mis au point une méthode de recherche et d'identification des ions contenus dans une solution aqueuse, essentiellement fondée sur les différences de conditions de précipitation de composés courants comme les chlorures, les sulfures et les hydroxydes :

Les ions réagissant en formant un précipité dans telle ou telle conditions parfaitement définies sont classés en groupes ; l'identification ultérieure d'un cation particulier dans un groupe s'effectuant soit à partir de la couleur du précipité obtenu, soit à partir de certaines propriétés physico-chimiques du précipité. L'ordre des opérations à effectuer est immuable et de son respect dépend la réussite de l'analyse.

Si l'on dispose d'une solution X contenant un seul cation (et bien sûr d'au moins un anion), on devra faire successivement les opérations suivantes :

PHASE I : prélever 1 mL de solution \(\textrm X\) et ajouter 2 gouttes de solution d'acide chlorhydrique très concentré :

• Si l'on observe un précipité blanc, \(\textrm X\) contient un des ions du premier groupe, celui des chlorures insolubles en milieu acide, c'est à dire soit \(\textrm{Pb}^{2+}\), soit \(\textrm{Ag}^+\). On distingue ensuite \(\textrm{PbCl}_2\) et \(\textrm{AgCl}\) car le chlorure d'argent se redissout sélectivement dans l'ammoniac concentré.

• Si aucun précipité ne se forme, on fait barboter le gaz \(\textrm H_2\textrm S\) dans la solution de \(\textrm X\) acidifiée par l'acide chlorhydrique :

  • Si l'on observe un précipité, \(\textrm X\) contient un des ions du second groupe, celui des sulfures insolubles en milieu acide : \(\textrm{Cu}^{2+}\), \(\textrm{Bi}^{3+}\), \(\textrm{Sb}^{3}+\) ou \(\textrm{Cd}^{2+}\). L'observation des précipités suffit à identifier l'ion : \(\textrm{CuS}\) et \(\textrm{Bi}_2\textrm S_3\) sont noirs, \(\textrm{Sb}_2\textrm S_3\) est orangé et \(\textrm{CdS}\) est jaune. Pour distinguer \(\textrm{Cu}^{2+}\) et \(\textrm{Bi}^{3+}\), on observe la couleur de la solution \(\textrm X\) : elle est bleue si \(\textrm X\) contient \(\textrm{Cu}^{2+}\) et incolore si \(\textrm X\) contient \(\textrm{Bi}^{3+}\).

  • Si aucun précipité ne se forme, \(\textrm X\) ne contient pas de cation des groupes 1 ou 2 et on passe à la phase II.

PHASE II : prélever 1 mL de solution \(\textrm X\) et ajouter 5 gouttes de solution tampon ammoniacal (\(\textrm{pH} = 9,3\)) :

• Si l'on observe un précipité, \(\textrm X\) contient un des ions du troisième groupe, celui des hydroxydes insolubles en milieu légèrement basique (\(9 <\textrm{pH} <10\)) : \(\textrm{Al}^{3+}\),\(\textrm{Fe}^{3+}\) ou \(\textrm{Cr}^{3+}\). \(\textrm{Al(OH)}_3\) est blanc gélatineux, \(\textrm{Fe(OH)}_3\) est rouille et \(\textrm{Cr(OH)}_3\) est gris verdâtre.

• Si aucun précipité ne se forme, on fait barboter le gaz \(\textrm H_2\textrm S\) dans la solution de \(\textrm X\) en présence du tampon ammoniacal :

  • Si l'on observe un précipité, \(\textrm X\) contient l'un des ions du groupe 4, celui des sulfures insolubles en milieu légèrement basique : \(\textrm{Zn}^{2+}\),\(\textrm{Mn}^{2+}\) ou \(\textrm{Co}^{2+}\) . \(\textrm{ZnS}\) est blanc, \(\textrm{MnS}\) est rose et \(\textrm{CoS}\) est noir .

  • Si aucun précipité ne se forme, on ajoute 2 gouttes de carbonate d'ammonium afin de tester la présence d'ions du groupe 5, celui des carbonates insolubles.

  • Si on observe un précipité blanc, \(\textrm X\) contient l'un des ions du groupe 5 : \(\textrm{Ba}^{2+}\) ou \(\textrm{Ca}^{2+}\) ou \(\textrm{Sr}^{2+}\). On les distingue à partir de l'existence ou non du précipité de chromate (précipité jaune de \(\textrm{BaCrO}_4\) et \(\textrm{SrCrO}_4\) , pas de précipité de \(\textrm{CaCrO}_4\) ).

  • Si aucun précipité ne se forme, l'ion contenu dans \(\textrm X\) n'appartient pas à l'un des 5 groupes précédents...

La méthode générale d'analyse est résumée dans l'organigramme ci-contre.