Ch09 TRANSFORMATIONS ASSCOCIEES A DES REACTIONS ACIDO-BASIQUES

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1 Ch09 TRANSFORMATIONS ASSCOCIEES A DES REACTIONS ACIDOBASIQUES I Autoprotolyse de l'eau a. Réaction acidebase A 25 C, l eau pure a une conductivité de σ = 5,50µS.m 1 et un = 7 à 25 C, l'eau pure contient donc des ions H3O. L eau intervient dans 2 couples acidobasiques (l eau est un ampholyte) 2H2O(l) = H3O HO (aq) L'autoprotolyse de l'eau a lieu dans toute solution aqueuse ; elle explique la présence d ions H3O dans l eau. Pour l eau pure, à 25 C, = 7,0 donc [H3O ] = [HO ] = 10 7 mol.l 1. Exercice : Montrer que c'est une réaction limitée. θ = 25 C ; Veau = 1,00 L ; =7 ; ρeau = 1, g.l 1 ; Meau = 18,0 g.mol 1 b. Produit ionique de l eau La constante d uilibre associée à l autoprotolyse de l eau est appelée produit ionique de l eau et est notée Ke. Ke = [H3O ] x [HO ] (pour toutes les solutions aqueuses à 25 C) à θ = 25 C, l'eau pure a un = 7,0 donc [H3O ] = 10 7 mol.l 1 et [HO ] = [H3O ] donc Ke = à θ = 25 C Ke ne dépend que de la température (voir fig 3 p130). Il permet de déterminer [H3O ] si on connaît [HO ] ou [HO ] si on connaît [H3O ] On peut définir aussi : pke = log Ke = log = 14 (à 25 C) Exercice : Calculer la concentration en ion hydroxyde à l uilibre [OH ]eq puis le d une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de C = 1, mol.l 1 obtenue par dissolution totale de NaOH(s). c. Echelle de (fig.4 p130) Une solution est acide si < 7 et [H3O ] > 10 7 mol.l 1 de plus [HO ] < 10 7 mol.l 1 Une solution est basique si > 7 et [H3O ] < 10 7 mol.l 1 de plus [HO ] > 10 7 mol.l 1 Une solution est neutre si = 7 et [H3O ] = 10 7 mol.l 1 de plus [HO ] = 10 7 mol.l A partir de [H3O ] on peut déduire la valeur du et on peut savoir si les solutions sont acides, basiques ou neutres. II Constante d'acidité Ka ; pka a. Définition On considère le couple acide/base noté HA/A et le couple H3O (aq)/ H2O(l) L'uation de la réaction de l'acide AH sur l'eau s'écrit : HA = A H H2O(l) H = H3O Equation de la réaction : HA H2O(l) = A H3O Qr, = [H O ] 3 = Ka La constante d'uilibre associée à l'uation de la réaction entre un acide et l'eau est appelée constante d'acidité et elle est notée Ka.

2 Par définition : pka = log Ka pka est caractéristique du couple acidebase Exercice : Soit un volume V = 0,50 L d'une solution d acide éthanoïque de concentration molaire C = 1, mol.l 1 ; = 3,4. 1 Ecrire la réaction de l acide sur l eau. 2 Calculer la concentration des espèces en solution. 3 En déduire la constante d acidité Ka du couple acidebase. b. Ka des couples de l'eau [H O ] H3O /H2O(l) : H3O (aq) H2O(l) = H2O(l) H3O (aq) Ka = [H O ] H2O(l) / HO (aq) : H2O(l) H2O(l) = HO (aq) H3O (aq) Ka = 3 3 Domaine de prédominance et diagramme de distribution IIIa. Relation entre le et le pka [H O ] Pour un acide HA, la constante d'acidité est Ka = = pka log 3 = 1 donc pka = log1 = 0 [H3O ] [HO ] = Ke = donc pka = log = 14 ; relation pouvant s'écrire sous la forme : [base] = pka log [acide conjugué] b. Diagramme de prédominance Une espèce A est prédominante devant l'espèce B si [A] > [B] Si = pka alors log = 0 = 1 donc [A ] = [A ] = pka Si > pka alors log Si < pka alors log > 0 < 0 > 1 donc [A ] > < 1 donc [A ] < Domaine de prédominance de la forme acide HA = pka Domaine de prédominance de la forme basique A eq > [A ]eq eq = [A ]eq [A ]eq > eq

3 c. Cas particulier : les indicateurs colorés Un indicateur coloré est un couple acide/base dont la forme acide a une couleur différente de la forme basique. [In ] Couple acide/base : HIn(aq) / In (aq) = pka log [HIn] [In ] On considère que l indicateur prend la couleur de la forme basique In si [HIn] > 10 Quand > pka 1, la forme basique prédomine couleur de la forme basique In Quand < pka 1, la forme acide prédomine couleur de la forme acide HIn On définit la zone de "virage de l'indicateur coloré par l'intervalle : pka 1 < < pka 1, où [In ] [HIn] La teinte de l indicateur coloré alors appelée teinte sensible est la teinte intermédiaire entre forme acide et forme basique. Le diagramme de prédominance : HIn l'acide prédomine [HIn] et [In ] du même ordre de grandeur In la base prédomine pka 1 pka pka 1 Zone de virage d. Distribution des espèces acidobasiques (fig 16 p 137) C'est un graphique représentant le pourcentage de la forme acide et celui de la forme basique en fonction du. Il est donné à une température θ fixée. Le pka du couple AH/A est égal au du point d'intersection des 2 courbes. IV Comparaison du comportement des acides entre eux et des bases entre elles a. Cas des acides A concentration égale taux d'avancement final de la réaction des acides avec l'eau : acide A1 plus fort que l'acide A2 si τ 1 > τ2 à concentration égale : acide A1 plus fort que l'acide A2 si 1 < 2 Application Soit une solution S1 d'acide méthanoïque de pka1 = 3,8 et = 2,9 et une solution d'acide éthanoïque de pka2 = 4,8 et = 3,4. Calculer τ 1 et τ2 et comparer.

4 constantes d'acidité : pour un acide A du couple A/B A(aq) H2O = B(aq) H3O Etat initial c 0 0 Etat final c (1 τ) c.τ c.τ La constante d'acidité s'exprime alors par c.τ² Ka= 1 τ Ka est alors une fonction croissante de t : si τ1 > τ2 on a Ka1 > Ka2 et donc pka1 < pka2 Un acide est d'autant plus fort que sa constante d'acidité est grande et que son pka est petit. b. Cas des bases A concentration égale taux d'avancement final de la réaction des bases avec l'eau : base B1 plus forte que la base B2 si τ 1 > τ2 : base B1 plus forte que la base B2 si 1 > 2 constantes d'acidité : pour une base B du couple A/B B(aq) H2O = A(aq) HO (aq) Etat initial c 0 0 Etat final c (1 τ) c.τ c.τ K = [H3O ] 3 [A].[HO ] [A].[HO ] Ke = = [B] [B] [H O ] Ka c.τ² = 1 τ donc si τ1 > τ2 : K1 > K2 alors Ka1 < Ka2 et pka1 < pka2 Une base est d'autant plus forte que la constante d'acidité de son couple est petite et que son pka est grand. c. Classification des couples acides (fig. 11 p 134) A un acide de plus en fort correspond une base conjuguée de plus en plus faible : ACIDES pka BASES Acides de plus en plus forts dans l'eau H2O 14 HO (aq) Bases de plus en plus fortes dans l'eau H3O 0 H2O

5 V Constante d'uilibre d'une réaction acidobasique Soit deux couples HA1/A1 et HA2/A2 L'uation de la réaction associée à la transformation de l'acide HA1 et de la base A2 : HA1 = A1 H Calcul de Qr, = K : A2 H = HA2 HA1 A2 = A1 HA2 K = 10 (pka2 pka1) = 10 pka avec pka = pka2 pka1 Si K > 1 La réaction se fait dans le sens dans le sens direct Si K < 1 La réaction se fait dans le sens dans le sens indirect Exercice : C6H5COOH(aq) / C6H5COO (aq) : pka1 = 4,2 HNO2(aq) / NO2 (aq) : pka2 = 3,3 H2O(aq) / HO (aq) : pka3 = 14 1 Calculer la constante d'uilibre de la réaction entre l'acide benzoïque et l'ion nitrite 2 Calculer la constante d'uilibre de la réaction entre l'acide benzoïque et la soude (ion hydroxyde) On a vu que si τ > 0,99 alors K > 10 4, la réaction est alors quasitotale pour pka > 4 Dans les proportions stœchiométriques, une transformation acidobasique entre un acide (d'un couple de pka1) et une base (appartenant à un couple de pka2) est quasi totale si pka2 > pka1 4 La transformation se déroulant effectivement entre les espèces conjuguées de deux couples acidebase en quantités uimolaires, est celle où l'acide le plus fort réagit avec la base la plus forte.