Chapitre 2 : Equilibres acido-basiques en solution aqueuse.

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Germaine Clermont
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1 Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus Trminl S Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus. Objctifs Svoir qu st l constnt d uilibr ssocié à l ution d l réction d utoprotolys d l u. Connissnt l vlur du p d un solution quus, dir si ll st cid, bsiqu ou nutr. À prtir d l concntrtion molir ds ions O ou O ; déduir l vlur du p d l solution. ssocir l constnt d cidité à l ution d l réction d un cid sur l u Détrminr l constnt d uilibr ssocié à l ution d un réction cido-bsiqu à l id ds constnts d cidité ds coupls n présnc. Connissnt l p d un solution quus t l p du coupl cid/bs indiqur l spèc prédominnt ppliction u indicturs colorés. I. D quoi s compos l solvnt u? I.1. L utoprotolys d l u 6 1 L u «pur» un p 7 à 5 C t st conductric du cournt ( σ 5,5 1 S m ) cl signifi donc qu il ist, ntr utrs, ds ions O dns l u. Cs vlurs périmntls s pliqunt pr l réction cido-bsiqu ntr ls du coupls cid / Bs suivnts O / O t O / O O O O O Ctt réction qui liu ntr touts ls moléculs d u n solution quus s ppll réction d utoprotolys d l u. L u y jou à l fois l rôl d cid t d bs (mpholyt). Détrminons l tu d vncmnt finl d ctt réction pour V 1, L d u (ρ 1, 1 g / L) n mo 1, 1 56 mol M 18, O O O O Ett du systèm vncmnt (mol) Quntités d mtièr (mol) E.I. n E.C.T. n E.F. f n 7 1 On sit qu [ O 1 mol L (p 7,) donc 7 [O V [O V 1, 1 mol 56 Or si l réction st totl lors on à l E.F. n m soit m 8mol t donc 7 1, 1 9 l vncmnt finl d l réction st τ,6 1 8 m L réction d utoprotolys d l u st très limité ll liu dns touts ls solutions quuss!!! 1 / 7 èm Prti L trnsformtion d un systèm chimiqu st-ll toujours totl?

2 Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus Trminl S I.. Produit ioniqu d l u Détrminons l constnt d uilibr ssocié à l réction d utoprotolys d l u Q r, [ O [O insi l constnt d uilibr d l utoprotolys d l u s ppll produit ioniqu d l u t s not. n dépnd ps ds spècs ioniqus présnts n solution quus (donc d l ntur d l solution quus) ; n dépnd qu d l tmpértur. À 5 C on dmttr qu (cr [ O [O 1, 1 mol -1 L ) Très souvnt on utilis dvntg l grndur pplé p défini pr p log 14 à 5 C (En chimi pour un grndur X on définit l px comm étnt D mnièr générl plus T plus t plus p. px log X ) L utilistion d (ou d p ) prmt d détrminr l concntrtion n ions p E 1 L concntrtion n ions hydroyds d un solution d p 6 à 5 C sr donc d 1 [O 1, 1 1, 1 mol L [O 1, 1 O ou cll du E L p à 5 C d un solution d soud d concntrtion n soluté pporté C 1, 1 mol L 1 st I.. Échll d p Figur p 14 [O 1, 1 mol L 1 1 [ O 1, 1 mol L [O 1, 1 1 l p sr donc d p log[ O log(1, 1 ) Un solution st nutr si [ O [O 1, 1 mol L donc p 7 Un solution st cid si [ Un solution st bsiqu si [ E O [O > soit [ O > 1, 1-7 mol L 1 donc si p < 7 O [O < soit [[ O < 1, 1-7 mol L 1 donc si p > 7 Solution p Ntur d l Ntur d l Solution p solution solution Suc gstriqu, Très cid Sng 7, Nutr Jus d orng,5 cid Eu d mr 8, Légèrmnt Bsiqu Urin 6, Légèrmnt cid Eu d Jvl 1, Très Bsiqu / 7 èm Prti L trnsformtion d un systèm chimiqu st-ll toujours totl?

3 Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus II. Qu st c qu l constnt d cidité? II.1. Constnt d cidité d un coupl cid / Bs Trminl S Soit l réction suivnt ntr un cid t l u jou l rôl d bs. où l u O O L constnt d uilibr d l réction d mis n solution d un cid dns l u s ppll constnt d cidité du coupl. Ell s not t on insi / [ [ [ O, sns unité, constnt d cidité du coupl / [ ;[ O t[ sns unité, nombr qui msur l concntrtion d l spèc dissout n solution quus primé n mol L 1. Chqu coupl cid / Bs présnt un constnt d cidité qui lui st propr t qui n dépnd qu d l tmpértur! On prl plus générlmnt du p d un coupl cid / Bs à un tmpértur qui st donné pr E Tblu p 67 p p log ou 1 (plus st grnd plus p st ptit). II.. Cs d l u L u st un mpholyt ll pprît dns ls coupls suivnts t O / O. O / O Considérons l réction cido-bsiqu ntr ls ions O t l u O O O O L constnt d cidité du coupl sr donc O / O [O 1 t p. [ O Considérons mintnnt l réction ntr l u (n tnt qu cid) t l u O O O L constnt d cidité du coupl sr donc O / O [ O [O soit p p 14. / 7 èm Prti L trnsformtion d un systèm chimiqu st-ll toujours totl?

4 Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus Trminl S II.. Rltion ntr p t p Considérons l réction suivnt d cidité t on lui ssoci l constnt O O [ [ [ O log ( ) [ [O log [ log log [ [ O log[ log log[ log[o log[ cr ( ) p log[ log[ O log[ cr log log log b b log b log log b d où p log[ p log[ donc [ [Bs p p log ou ncor p p log [ [cid [C CO E Détrminr l rpport d un solution quus d cid éthnoïqu dont l p à [C CO l uilibr st d 5, t schnt qu l p du coupl C CO / C CO, st p 4,75. [C CO [C CO On sit qu p p log donc log p - p t donc [C CO [C CO [C CO pp 1 5,4,75 1 1,5 1,8 [C CO II.4. Constnt d uilibr d un réction cido-bsiqu E Soit l réction cido-bsiqu ntr l cid méthnoïqu CO t ls ions bnzots C 6,. On donn pour l coupl CO /CO, 1, t pour l coupl C 6 /C6, on 6, L réction s écrit CO C6, CO, C6 [CO [CO [C 6 5 [C 6 CO 5 CO, t on En multiplint pr [O on donc [ O [CO [C CO [ O [CO [C CO [ O , En séprnt on [CO [ O [C CO [CO [C CO [ O ,,1 1 /, 4 / 7 èm Prti L trnsformtion d un systèm chimiqu st-ll toujours totl?

5 Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus Trminl S CO O CO, O C 6 O C6, O 1 [CO [ O [CO [ O [C CO [C CO 6 5, 6 5 insi l rltion ntr, t 1 st donc p1 1 p p1 p ( ) D mnièr générl soit un systèm chimiqu sièg d un réction cido-bsiqu ntr l cid 1 du coupl 1, / 1, (d constnt d cidité ) t l bs 1, du coupl, /, (d constnt d cidité ). L ution chimiqu d l réction st (constnt d uilibr) 1,, 1,, On ur l rltion suivnt p1 1 p p1 p ( ) Rmrqu Si c st 1, qui régit sur, soit 1,, 1,, lors p 1 ( p1p) 1 p1 1 1 III. Commnt comprr l comportmnt d différnts cids ou bss n solution? III.1. Comprison d solutions d cids d mêm concntrtion E Considérons du solutions d cid d concntrtion n soluté pporté C 1, 1 mol L 1. cid Eqution d l réction Eprssion d cid méthnoïqu (p,9 ; p 1,74 ), cid éthnoïqu (p,4 ; p 4, 74 ) CCO O CCO, O CO O CO O 1 [CO [ O [CO [C CO [ O [C CO Eprssion p d τ n 1 p V 1 τ fonction d m C V C p t C Vlur d τ τ,1 τ,4 Pour ds solutions cids d mêm concntrtions n soluté pporté C, plus l p st fibl (plus st grnd), plus l p sr fibl, plus l tu d vncmnt finl τ d l réction ntr l u t l cid sr grnd t plus l cid sr dit «dissocié» (on dit ussi plus l cid st «fort») 5 / 7 èm Prti L trnsformtion d un systèm chimiqu st-ll toujours totl?

6 Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus Trminl S III.. Comprison d solutions d bss d mêm concntrtion E Considérons du solutions d bs d concntrtion n soluté pporté C 1, 1 mol L 1. Bs Méthylmin (p 11,4 ; p 1 1, 7 ) mmonic (p 1,6 ; p 9, ) Eqution d l C N, O C N, O N O N 4, O réction [CN [O [N 4 [O 1 Eprssion [CN [N d [CN [O [O [N 4 [O [O [C N [ O [N [ O Eprssion d τ n fonction d p,c t Vlur d τ τ [O V 1 m C V [ O p C 1 C τ,5 τ,4 Pour ds solutions bsiqus d mêm concntrtions n soluté pporté C, plus l p st grnd (plus st ptit), plus l p sr grnd, plus l tu d vncmnt finl τ d l réction ntr l u t l bs sr grnd t plus l bs s «protonr» fcilmnt (on dit ussi plus l bs st «fort»). IV. Commnt détrminr l spèc prédominnt d un coupl cid / bs? IV.1. Domin d prédominnc D près l rltion ntr l p t l p d un cid dissous dns l u on put n déduir qull sr l spèc prédominnt n solution. [Bs On toujours p p log [cid [Bs [Bs Si p p lors log t donc 1 t donc [Bs [cid [cid [cid l cid t l bs ont l mêm concntrtion. [Bs [Bs Si p < p lors log < t donc < 1 t donc [Bs < [cid [cid [cid l form cid st prédominnt pr rpport à l form bsiqu Si p > p lors [Bs [Bs log > t donc > 1 t donc [Bs > [cid [cid [cid l form bsiqu st prédominnt pr rpport à l form cid. 6 / 7 èm Prti L trnsformtion d un systèm chimiqu st-ll toujours totl?

7 Chpitr Equilibrs cido-bsiqus n solution quus Trminl S On rprésnt sur un digrmm ls zons d p où ls différnts spècs chimiqus d un coupl cido-bsiqu prédominnt c st l digrmm d prédominnc. Voir Figur 11 p 18 st l spèc prédominnt t sont n mêms proportions st l spèc prédominnt p p On put églmnt rprésntr un digrmm d distribution ds spècs cid / bs conjugués, c st l digrmm d distribution c st l pourcntg d l cid t d l bs n fonction du p d l solution. Sur c digrmm, l bsciss du point d intrsction ds du courbs nous donn l vlur du p p IV.. ppliction ls indicturs colorés Un indictur coloré cido-bsiqu st constitué d un coupl cid / bs noté Ind t s bs conjugué sont différnciés n solution quus pr lur tint (coulur). E l BBT (Blu d BromoThymol), l élinthin, l Phénolphtléin /Ind. L cid L ution chimiqu d l réction ntr l indictur coloré t l u st O Ind O Ind L tint d l solution contnnt l indictur coloré v dépndr d l spèc du coupl Ind qui prédominr t donc du p d l solution /Ind On toujours l rltion p p [Bs log [cid p [Ind log [Ind On dmttr qu l tint d l indictur coloré prnd s tint «cid», Ind, si l rpport [Ind 1 < [Ind 1 soit si p < p 1 s tint «bsiqu», Ind, si l rpport [Ind [Ind >1 soit si p > p 1 Pour p 1 < p < p 1 l indictur présnt s tint snsibl qu on ppll zon d virg d l indictur coloré. Voir Tblu p 67 7 / 7 èm Prti L trnsformtion d un systèm chimiqu st-ll toujours totl?

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