Obtention du cuivre métallique à partir du sulfate de cuivre.

 

 

A.   But et principe

 

            Nous allons ici chercher à obtenir le cuivre sous sa forme métallique à partir d’une solution de sulfate de cuivre. L’obtention des métaux à partir de leurs sels est une opération effectuée à grande échelle, selon différents procédés) par l’industrie métallurgique.

 

 

B.   Matériel et produits nécessaires

 

 
  1. Un bécher de 150 ml
  2. Un bécher de 100 ml
  3. Une éprouvette graduée
  4. Un compte-gouttes
  5. Un agitateur en verre
  6. Une balance
  7. Une plaque chauffante
  8. Papier filtre
  9. Entonnoir
  10. Sulfate de cuivre pentahydraté CuSO4, 5 H2O
  11. Aluminium en poudre ou en fines feuilles
  12. Acide chlorhydrique à 6 mol.L-1
  13. Eau distillée
  14. Gants et lunettes.

 

 C.   Mode opératoire.

 

ATTENTION : TRAVAIL SOUS LA HOTTE OBLIGATOIRE.

 

  1. Peser 10 grammes de sulfate de cuivre pentahydraté CuSO4, 5 H2O et les placer dans bécher de 150 ml.
  2. Prélever 30 ml d’eau distillée et les verser dans le bécher contenant le sulfate de cuivre.
  3. Ajouter quelques gouttes d’acide chlorhydrique à 6 mol.L-1. Bien mélanger et attendre que le sulfate de cuivre se soit dissout.
  4. Peser 1 grammes d’aluminium (en poudre ou en feuille fine)
  5. Mettre l’aluminium dans le bécher.
  6. Bien mélanger. Chauffer légèrement pour amorcer la réaction.
  7. Laisser la réaction se poursuivre jusqu’à ce que toute coloration bleue ait disparue de la solution.
  8. Ajouter, tout en agitant, 5 ml d’acide chlorhydrique à 6 mol.L-1
  9. Chauffer très légèrement puis attendre que tout dégagement gazeux ait cessé.
  10. Laisser refroidir.
  11. Filtrer la solution et rincer le bécher à l’eau distillée de façon à récupérer l’éventuel reste de précipité qui sera lui aussi filtré.
  12. Laver le précipité deux fois avec des portions d’eau distillée de 20 ml.
  13. Une fois la dernière filtration effectuée, récupérer le solide et transférer-le dans un bécher de 100 ml.
  14. Chauffer doucement ce bécher sur une plaque chauffante tout en agitant régulièrement jusqu’à l’obtention d’une fine poudre brune.
  15. Stocker la poudre.

 

D.   Explication et résultats.

 

            Il s’agit ici d’une réaction d’oxydo-réduction entre l’aluminium et les ions cuivre Cu2+ d’après les potentiels redox :

-         Eo Cu2+/Cu = 0.34 V

-         Eo Al3+/Al = -1.67 V

 

Nous avons donc les demi équations électroniques :

-         Cu2+ + 2 e- → Cu

-         Al → Al3+ + 3 e-

 

Ce qui amène à la réaction d’oxydo-réduction qui a lieu :

 

            3 Cu2+ + 2 Al (s) → 3 Cu (s) + 2 Al3+

 

            Nous remarquons lors de la réaction qu’il se forme un dépôt de cuivre alors que la coloration bleue de la solution disparaît (disparition des ions Cu2+).

 

            L’ajout d’acide est nécessaire pour permettre l’attaque de l’aluminium par la solution de sulfate de cuivre. En effet, l’aluminium se recouvre à l’air libre d’une couche d’oxyde protecteur. L’acide chlorhydrique va détruire cette couche protectrice et permettre ainsi la réaction.

 

            Nous avons ici introduit l’aluminium en excès. Le précipité obtenu est donc un mélange de poudre de cuivre et d’aluminium. Il va donc falloir détruire l’aluminium en ajoutant de l’acide chlorhydrique qui va réagir selon la réaction :

 

            Al (s) + 3 H3O+ + 3 Cl- → AlCl3 + 3/2 H2 (g) + 3 H2O

 

Le chlorure d’aluminium AlCl3 formé se dissout dans l’eau selon la réaction :

 

            AlCl3 → Al3+ + 3 Cl-

 

            Le solide alors obtenue est donc une poudre de cuivre qui sera séparée par filtration puis lavé pour la purifier. Toutes les autres espèces chimiques étant ioniques.

      Il faut ensuite sécher cette poudre en faisant évaporer l’eau sur la plaque chauffante, étape également réalisable grâce à une étuve, la déshydratation prenant alors plus de temps.

 

 

E.    Présentation des produits utilisés : risques et sécurité.

 

Lors de cette réaction chimique, nous avons manipulés les produits suivants :

 

-         Acide chlorhydrique dilué: équations ; Corrosif

Risques : R 34 : Provoque des brûlures.

            R 37 : Irritant pour les voies respiratoires.

Sécurité : S 26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste.

            S 36/37/39 : Porter un vêtement de protection approprié, des gants et un appareil de protection des yeux/du visage.

            S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).

 

-         Sulfate de cuivre pentahydraté : CuSO4, 5 H2O ; Nocif, irritant, nocif pour l’environnement.

Risques : R 22 : Nocif en cas d’ingestion.

            R 36/38 : Irritant pour les yeux et la peau.

            R 50/53 : Très toxique pour les organisme aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l’environnement aquatique.

Sécurité : S 22 : Ne pas respirer les poussières.

            S 60 : Eliminer le produit et son récipient comme un déchet dangereux.

            S 61 : Eviter le rejet dans l’environnement. Consulter les instructions spéciales/la fiche de données de sécurité.

 

-         Aluminium : Al

 

-         Hydrogène : H2 ; Extrêmement inflammable

 

-         Chlorure d’aluminium : AlCl3 ; Corrosif

Risques : R 34 : Provoque des brûlures.

Sécurité : S 7/8 : Conserver le récipient bien fermé et à l’abri de l’humidité.

            S 28.1 : Après contact avec la peau, se laver immédiatement et abondamment avec de l’eau.

            S 45 : En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin (si possible lui montrer l’étiquette).