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1 TSMP chap 1 : définition et mesure du ph Cours chimie 1 Introduction : le vinaigre et le jus de citron ont un goût «piquant» car ces liquides sont acides. Dans ce chapitre, nous allons découvrir le caractère acide ou basique d une solution aqueuse. Nous apprendrons aussi à «mesurer» cette acidité en définissant mathématiquement la notion de ph. Nous définirons aussi le «produit ionique de l eau» à partir de l étude des solutions d acide chlorhydrique et d hydroxyde de sodium. I. Solutions d acide chlorhydrique : définition du ph 1. Solutions diluées d acide chlorhydrique a) Caractéristiques des solutions Dissolution Obtention : HCl + H 2 O H 3 O + (aq) + Cl - (aq) totale Noms Etats physiques Rem : la formule HCl ne correspond donc pas à celle d une solution d acide chlorhydrique mais seulement au chlorure d hydrogène qui est un gaz incolore! b) Mesures de ph [H 3 O + ] en mol.l -1 1, , , , Log [H 3 O + ] ph mesuré Conclusion : 2. Définition du ph Les propriétés acides ou basiques d une solution dépendent de la concentration en ions hydronium [H 3 O + ] qui peut varier de 10 mol/l à mol/l. La 1 ère solution est 1 million de milliards de fois plus acide que la 2 nde! Cette échelle très étendue n est pas très pratique. La notion de ph utilise alors une échelle plus commode. d où Rem 1 : [H 3 O + ] doit être exprimée en mol.l -1. Rem 2: le ph n a pas d unité. Rem 3 : lorsque [H 3 O + ] est divisée par 10 (donc l acidité de la solution), le ph augmente de. Unité. Exo 1 : a) Calculer le ph d une solution d acide chlorhydrique obtenue en dissolvant 0,045 mol de chlorure d hydrogène dans 100 ml d eau. b) L étiquette d une eau minérale indique ph = 6,5. En déduire la concentration des ions hydronium [H 3 O + ].

2 3. Echelle de ph 2 D après les mesures effectuées en classe, classer les substances suivantes : coca, vin blanc, vinaigre, limonade, jus de fruit, lessive, détartrant (anti-calcaire), débouche-canalisation Solutions Solutions ph Solutions.. Un peu de culture : Exo 2 : Souvenirs, souvenirs (aïe, aïe, aïe) Sur l étiquette d une solution d acide chlorhydrique on peut lire : - densité par rapport à l eau : d = 1,19 - pourcentage massique de chlorure d hydrogène utilisé : P = 37 % Déterminer la concentration molaire des ions hydronium [H 3 O + ] et le ph d une telle solution. Données M(H) = 1 g/mol et M(Cl) = 35,5 g/mol

3 3 4. Mesures du ph Le ph d une solution se détermine en utilisant un ph.mètre, du papier ph ou un indicateur coloré A l aide d une flèche, relier le dispositif à sa définition : Substance organique dont la couleur en solution dépend du ph Papier imprégné d un mélange de plusieurs indicateurs colorés puis séché. Millivoltmètre électronique relié à une double électrode mesurant une tension proportionnelle à [H 3 O + ] Mesure rapide et grossière Mesure rapide et assez précise : précision 1 unité ph Mesure plus longue et très précise : précision 0,1 unité ph 5. Solutions concentrées d acide chlorhydrique a) Mesures de ph [H 3 O + ] en mol.l -1 1, ,0 Log [H 3 O + ] ph mesuré Conclusion : b) Limite de notre définition du ph Nous admettrons que notre définition ph = - log [H 3 O + ] n est applicable que si [H 3 O + ] 10-1 mol.l -1 dans le cas de solutions dites.. II. Solutions d hydroxyde de sodium : définition du produit ionique de l eau 1. Solutions diluées d hydroxyde de sodium a) caractéristiques des solutions Dissolution Obtention : NaOH Na + (aq) + HO - (aq) totale Noms Etats physiques Rem : la formule NaOH ne correspond donc pas à celle d une solution d hydroxyde de sodium mais seulement à celle d un cristal ionique d hydroxyde de sodium qui est un sel solide blanc (formé d ions)!

4 4 b) Mesures de ph [HO - ] en mol.l -1 1, , , , ph mesuré [H 3 O + ] = 10 -ph [H 3 O + ]*[HO - ] Conclusion : 2. Définition du produit ionique de l eau Toute solution aqueuse contient, entre autres, des ions... H 3 O + et des ions.... HO - dont les concentrations sont liées par la relation : Ke est appelée : produit ionique de l eau (sa valeur ne dépend que de la température). On peut définir d où 3. Autoprotolyse de l eau Il est très difficile d avoir de l eau pure car on y trouve toujours quelques traces d ions parasites ou de gaz dissouts. Des laboratoires spécialisés ont réussi à en obtenir et ont remarqué un caractère très légèrement conducteur de l eau pure. Cela révèle la présence d ions même dans l eau pure. Ces laboratoires ont également mesuré le ph d une telle solution et ont obtenu 7,0 à 25 C. A 25 C, le ph de l eau pure est égal à 7,0 Calculer les concentrations en ions hydronium et hydroxydes : L eau pure contient des ions... H 3 O + et des ions... HO - en concentrations.. Ces ions proviennent de la réaction limitée d autoprotolyse de l eau : H 2 O + H 2 O H 3 O + + HO - Rem : Ke peut être vue comme la constante d équilibre de cette réaction : Exo 3 : bizarre, bizarre a) Calculer la concentration de H 2 O dans l eau pure. b) En déduire le pourcentage de molécules d eau participant à la réaction d autoprotolyse de l eau.

5 5 4. Solutions concentrées d hydroxyde de sodium a) Mesures de ph [HO - ] en mol.l -1 1, ,0 ph mesuré [H 3 O + ] = 10 -ph [H 3 O + ]*[HO - ] Conclusion : b) Limite de notre définition du produit ionique Nous admettrons que notre définition Ke = [H 3 O + ]*[HO - ] n est applicable que si [H 3 O + ] 10-1 mol.l -1 ou [HO - ] 10-1 mol.l -1 dans le cas de solutions dites.. 5. Relation entre le ph et [HO - ] Exo 4 : A partir du produit ionique de l eau établir les relations suivantes : [HO - ] = 10 (ph pke) et ph = pke + log [HO - ] III. Solutions aqueuses acides ou basiques 1. Définition simple à 25 C On peut caractériser la neutralité, l acidité ou la basicité d une solution aqueuse par la valeur de son ph à la température standard de 25 C (comme dans les petites classes ). Compléter les traits : a) Une solution neutre a un ph. donc [H 3 O + ] =.. =. mol.l -1 et [HO - ] = = =.. mol.l -1. Alors [H 3 O + ]... [HO - ]. b) Une solution acide a un ph donc [H 3 O + ] =.. >. mol.l -1 et [HO - ] = <.. mol.l -1. Alors [H 3 O + ]... [HO - ]. c) Une solution basique a un ph donc [H 3 O + ] =.. <. mol.l -1 et [HO - ] = >.. mol.l -1. Alors [H 3 O + ]... [HO - ].

6 2. Définition générale 6 ATTENTION! La définition basée sur le ph n est plus valable si la température n est pas de 25 C! Il faut alors comparer les concentrations en ions hydronium et hydroxydes. a) Une solution est neutre si elle contient... d ions hydronium que d ions hydroxydes : [H 3 O + ]... [HO - ] b) Une solution est acide si elle contient.... d ions hydronium que d ions hydroxydes : [H 3 O + ]... [HO - ] c) Une solution est basique si elle contient... d ions hydronium que d ions hydroxydes : [H 3 O + ]... [HO - ]

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8 TSMP chap 1 : définition et mesure du ph : EXERCICES Cours chimie 8 Ex1 : a) Ecrire l équation de dissolution permettant d obtenir une solution aqueuse d hydroxyde de sodium (ou soude). b) Déterminer le ph à 25 C d une solution d hydroxyde de sodium de concentration c = 2, mol/l. Ex2 : Compléter le tableau suivant à 25 C : [H 3 O + ] en mol.l -1 [HO - ] en mol.l -1 ph Nature de la solution 9,4 4, ,6 6, , ,6 8, neutre Ex3 : Calculer le ph de l eau pure à 0 C (où Ke = 4, ) et à 99 C (où Ke = 1, ) Ex4 : A 60 C (où Ke = 9, ) une solution aqueuse a un ph de 6,8. Est-elle acide, neutre ou basique? Ex5 : ph, dissolution et dilutions (part 1) 1) Ecrire l équation de dissolution permettant d obtenir une solution aqueuse d acide chlorhydrique. 2) Quel volume de chlorure d hydrogène est nécessaire pour obtenir 1,0 L de solution d acide chlorhydrique de ph = 2,3? On donne le volume molaire à 25 C : V m = 24,5 L/mol. 3) Une solution S 0 d acide chlorhydrique a un ph = 2,3. A l aide de cette solution, on souhaite préparer V 1 = 1000 ml de solution S 1 ayant un ph = 3,0. Calculer le volume de prise de solution S 0 à diluer pour obtenir S 1. 4) On dispose d une solution S 0 d hydroxyde de sodium de concentration C 0 = 5, mol/l. On prépare, par dilution, 100 ml d une solution S 1 en diluant 20 fois S 0. Déterminer les ph de S 0 et S 1 à 25 C. Ex6 : ph, dissolution et dilutions (part 2) On dispose de 1000 ml d une solution S 0 d hydroxyde de sodium de concentration C 0 = 1, mol/l obtenue par dissolution d hydroxyde de sodium solide. 1) Ecrire l équation de dissolution et en déduire la masse d hydroxyde de sodium solide utilisée pour préparer S 0. 2) Quel volume d eau faut-il ajouter à 50 ml de S 0 pour obtenir une solution S 1 de ph = 10,7? 3) Quelle masse d hydroxyde de sodium solide aurait-il fallu dissoudre pour préparer directement le même volume de S 1?

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