Leçon III. Couple acide-base

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1 Leçon III. Couple acidebase Ex. Q.C.M. ) un acide faible est : a) un acide très dilué b) un acide pour lequel la réaction avec l eau constitue un équilibre chimique c) un acide plus faible que O + d) un acide plus faible que l eau ) soit un couple acidebase A /B de pk a égal à pk a et le couple acidebase A /B de pk a égal à pk a, on a pk a > pk a Le sens de la réaction favorisée est : j) A + B A + B k) A + B A + B ) Une solution d acide éthanoïque (C 0, mol/l) a un p égal à,8. On la dilue 00 fois, son p devient égal à : l) 4,8 m),8 n),8 o) 0,8 4) Une solution d éthylamine C 5 N (C 0, mol/l) a un p égal à 9,. On la dilue 00 fois, son p devient égal à 8,. L éthylamine : p) Est une base forte q) Est une base faible r) N est pas une base 5) Les solutions aqueuses de deux acides A et A de concentrations respectives C et C, ont le même p. L acide A est plus fort que l acide A si : s) C > C, t) C C, u) C < C, 6) On considère le couple C COO/C COO dont le p est égal à 4.8. Ce couple est au sein d une solution dont le p imposé est égal à,5. l espèce prédominante est : v) C COO w) C COO x) indéterminée. La force d un acide n a pas de rapport avec sa concentration. Un acide faible est un acide pour lequel la réaction avec l eau n est pas totale constitue un équilibre chimique : réponse b)... L acide A est un acide plus fort que l acide A car p < p donc le sens de la réaction qui sera favorisée sera le sens de la dissociation de A d où : A + B A + B réponse :k). Dans le cas d un acide fort, sa dilution par 00 augmente son p de unités. L acide éthanoïque,est donc un acide faible. Plus l acide est dilué plus il est dissocié. La dilution par 00 augmente le p de moins de unités. La solution diluée a un p de,8 réponse n)

2 4. Le p de la solution est supérieur à 7, l éthylamine était une base. La dilution d une base diminue le p. La dilution par 00 d une base forte diminue le p de unités. Ce n est pas le cas ici, l éthylamine est une base faible. réponse q) 5. Si l acide A est plus fort que A, il faut que C < C pour que leurs p soient égaux. réponse u) 6. Comme p < p alors l espèce prédominante sera la forme acide C COO réponse v)

3 Ex. p de solutions: On verse 0 ml de cinq solutions aqueuses différentes A,B,C,D,E dans cinq bechers. A : solution de chlorure de sodium à 0 mol.l B : solution d hydroxyde de sodium à 0 mol.l C :solution de chlorure d hydrogène à 0 mol.l D :solution de chlorure d ammonium à 0 mol.l E : solution d ammoniac à 0 mol.l Les solutions sont prises à 5 C. L étiquette collée sur chaque bécher n est plus lisible. On mesure le p de chaque solution. Compléter le tableau suivant : N du becher 4 5 p,0 0,6,0 7,0 5,6 SOLUTION Justifier votre choix. Écrire l équationbilan de la réaction chimique s étant produite avec l eau au cours de la préparation de chaque solution. Equations de réaction avec l eau : p des différentes solutions : A : NaCl O Na + + Cl pas de réaction avec l eau. L eau disperse les ions déjà existants. p inchangé, solution neutre., p 7 B : NaO O Na + + O [O ] 0 mol.l [ O + ]. [O ] 0 4 log([ O + ]. [O ]) log (0 4 ) log([ O + ]) log (0 4 ) + log[o ] p 4 p C : Cl + O O + + Cl acide fort [ O + ] C [ O + ] 0 mol.l p D : N 4 Cl O N4 + + Cl Cl ne réagit pas avec l eau. Il n en est pas de même pour N + 4 dont la réaction partielle avec l eau fait apparaître des ions O + selon la réaction : + N 4 + O N + O + d où < p < 7 E : N + O N O Réaction partielle avec l eau qui fait apparaître des ions O d où 7 < p < D où le tableau : N du becher 4 5 p,0 0,6,0 7,0 5,6 SOLUTION C E B A D 4

4 Ex. L eau de Javel : oxydante ou basique? L eau de Javel est une solution équimolaire de chlorure de sodium et d hypochlorite de sodium (Na + + ClO ). Lorsque l on ajoute une solution d acide chlorhydrique à une solution d eau de Javel, on observe les deux réactions simultanées suivantes : ClO + O + ClO + O () ClO + Cl + O + Cl + O () ) Identifier les deux couples acide/base intervenant dans la réaction (). ) L eau de Javel atelle un p supérieur ou inférieur à 7,0? Justifier ) Montrer que la réaction () est une réaction d oxydoréduction.former les couples rédox correspondants. Ecrire les demiéquations électroniques faisant intervenir l élément chlore ) les deux couples acide/base intervenant dans la réaction (). O + / O et ClO / ClO ) Les espèces présentes dans l eau de Javel sont : Na +, Cl,ions spectateurs qui ne réagissent pas avec l eau et n interviennent pas dans la modification de son p ClO base faible du couple ClO / ClO. ClO réagit avec les ions O + de l eau qui deviennent moins nombreux que les ions O (produit ionique de l eau) donc p > 7 ) demiéquations électroniques faisant intervenir l élément chlore Cl Cl + e c est une oxydation le n.o. de l élément chlore passe de la valeur I à la valeur 0 ClO +e + 4 O + Cl + 6 O c est une réduction le n.o. l élément chlore passe de la valeur +I à la valeur 0 L addition de ces deux demiéquations donne () qui est une oxydoréduction Les couples redox correspondants sont Cl / Cl ClO / Cl 5

5 Ex4. Influence de la dilution: Le carbonate de calcium CaCO, constituant des roches calcaires, est insoluble dans l eau alors que l hydrogénocarbonate de calcium Ca(CO ) est légèrement soluble. On considère une eau de pluie non polluée ; la mesure de son p est égale à 5,65. ) On peut interpréter cette valeur en considérant un gaz naturellement présent dans l atmosphère. Quel est ce gaz? Donner l équationbilan de sa réaction avec l eau. Quel couple acidebase estil ainsi mis en évidence? ) On considère la base du couple précédent. Montrer qu elle présente un caractère amphotère. À quel second couple participe til? ) On considère une eau de pluie traversant un terrain calcaire perméable. Comment expliquer que l eau d infiltration se charge d ions calcium Ca +? Donner l équation bilan de la réaction rendant compte de ce phénomène? 4) Cette infiltration arrive au niveau du plafond d une grotte d où elle suinte lentement. Comment rendre compte de la formation d un dépôt solidecde carbonate de calcium au plafond de la grotte. Qu obtienton au bout de plusieurs siècles?. Ce gaz présent dans l atmosphère est le dioxyde de carbone CO. Bilan de sa réaction d équilibre avec l eau : CO + O CO + O + Le couple acidobasique mis en évidence est (CO, O / CO ) La présence des ions O + dans l'eau de pluie explique son p acide.. L ion hydrogénocarbonate CO a un caractère amphotère : dans le couple acidebase (CO, O / CO ), il joue le rôle d une base (qui capte des protons) CO + + (CO, O) () et dans le couple ( CO / CO ) il joue le rôle d un acide (qui libère des protons CO CO + + (). L eau de pluie acide avec l ion O + (question) réagit avec le calcaire selon la réaction acide/base: O + + (Ca +, CO ) CO + Ca + + O A + B A + B La réaction acidebase se fait entre la base du couple () et l acide du couple () de l eau ( O + / O) En mettant en évidence les ions présents dans l eau de pluie (CO + O + ) + CaCO (CO + Ca + )+ O L eau de pluie se charge d hydrogénocarbonate de calcium soluble 4. Le caractère amphotère de l ion hydrogénocarbonate, donne le bilan suivant : CO + CO CO + O + CO Les ions CO et Ca + précipitent en CaCO solide. Ceci favorise la réaction dans le sens (). Le gaz CO s échappe. Les ions Ca + et CO forment le précipité de carbonate de calcium qui est le dépôt solide au plafond de la grotte. Au bout de quelques siècles, on obtient une stalactite. 6

6 .. Note : p des couples ( O + / O) 0 (CO, O / CO ) 6,4 (CO / CO ) 0, Ce qui montre que la réaction de la question 4 ne devrait pas avoir lieu. Si elle a lieu c est parce que les produits de la réaction, c'estàdire CO et le carbonate de calcium, sortent de la solution ce qui déplace l équilibre. Ex5. Acide benzoïque Une solution S est obtenue en dissolvant 0,50 g d acide benzoïque dans 50 ml d eau. Le p de la solution est égal à,8. ) Calculer la quantité de matière d acide benzoïque introduit et la concentration de la solution. ) Montrer que l acide benzoïque est un acide faible. ) Quels sont les couples acidebase qui sont intervenus pendant la dissolution? Pour chaque couple écrire l expression de sa constante d acidité. ) Masse molaire de C 6 5 COO M (x7) + (x6) + (6x) M g.mol m 0,5 Quantité de matière introduite : n n n 4,.0 mol M n 4,.0 Concentration : C C C 6,4.0 mol.l V 50.0 ) Si l acide est fort, en solution aqueuse chaque molecule d acide s ionise : mol d acide A introduit donne mol d ion O + donc [ O + ] C A p log C A Si l acide est faible, une partie seulement des molécules d acide s ionise : donc [ O + ] < C A p > log C A Dans le cas de l acide benzoïque, log C A log ( 4,.0 ) log C A,8 p,8 p > log C A donc, l acide est faible ) C 6 5 COO + O C 6 5 COO + O + Les couples qui interviennent sont ceux de l eau O + + / [ O ] O + [ O ] et de l acide benzoîque C 6 5 COO / C 6 5 [ ] [ ] COO + O. C6 5COO [ C COO] 6 5 7

7 Ex6. Force des acides : On donne : composé Acide formique Acide benzoïque Acide propanoïque pk a du couple associé,7 4, 4,87 ) Mettre en évidence les deux formes acide et basique de chaque couple. Écrire l expression de leur constante d acidité. ) Classer ces acides par force croissante sur l échelle des pk a. ) Prévoir le sens de la réaction favorisée entre l acide et la base des couples de l acideformique et l acide propanoïque. ) Acide formique : COO / COO COO + O COO + [ ] [ ] O + + O. COO Acide benzoïque : C 6 5 COO / C 6 5 COO [ COO] C 6 5 COO + O C 6 5 COO + [ ] [ ] O + + O. C6 5COO Acide propanoïque : C 5 COO / C 5 COO [ C COO] C 5 COO + O C 5 COO + [ ] [ ] O + + O. C 5COO ) Classement des acides sur l échelle des p : 6 5 [ C COO] 5 FORCE ACIDE CROISSANTE COO C 6 5 COO C 5 COO,7 4,8 4,87 p COO C 6 5 COO C 5 COO FORCE BASIQUE CROISSANTE L acide le plus fort COO et la base la plus forte C 5 COO sont soulignés ) Pour les couples formique et propanoïque c est donc la réaction entre COO et C 5 COO qui est favorisée (sens ) 8

8 COO + C 5 COO COO + C 5 COO Vérifions le par le calcul de la constante de réaction : Kr + [ ].[ C 5COO] [ COO ][ O ] [ C 5COO] K r. + [ COO][ C COO ] [ COO] [ C COO ][ O ] 5 5 K p 0 pk r K r K pk r 0 a 0 a pk K r 0 4,87,7 K r 0,7 K r 4, K r > a 9

9 Sens des réactions : Ex7. En milieu acide. Dans un volume V d une solution d acide chlorhydrique de concentration C, on ajoute 0,4 g d éthanoate de sodium.. Calculer les quantités de matière d acide chlorhydrique et d éthanoate de sodium introduites.. Faire l inventaire des couples intervenant dans la réaction. Ecrire le bilan de la réaction. Calculer la valeur de la constante de réaction.. Calculer la quantité d ions hydronium contenus dans la solution finale. Estimer le p de la solution. Données : V 00 ml ; C A 0,0 mol.l p (C COO / C COO ) 4,76 ; log 5,0 0,7 ) Quantité de matière en : Cl : n CV n 0,0 x 0,0 n,0.0 mol m Na C COO : n M M + (x) + (x) + (6x) M 8 g.mol 0,4 n 8 n 5,0.0 mol ) Couples intervenant dans la réaction : O + / O C COO / C COO O + + C COO O + C COO [ C COO ]. K On remarque : K + [ O ][. C COO ] p 4,76 K a 0 K a 0 K K 5, , 76 0 K est très grand (K > 0 4 ), la réaction est totale et quantitative ) D'après l'équation bilan mol d'ions O + réagit avec mol d'ions éthanoate. n > n : les ions hydronium sont en excès et la quantité présente dans la solution finale est n n n n,0.0 5,0.0 n 5,0.0 mol.l n est contenu dans le volume V 0, L: [ O ] 0, [ O + ] 5,0.0 mol.l p log[ O + ] p log 5,0.0 ; p + log 5,0 p, 40

10 Zones de prédominance Ex 8. Avec ou sans citron Une rondelle de citron est plongée dans un verre d eau minérale gazeuse. des bulles abondantes se forment au contact de la rondelle. ) Quelle est la nature du gaz constituant les bulles? ) Ecrire le bilan de la réaction entre les ions hydrgénocarbonate de l eau minérale et l acide citrique du citron. Ne considérer que la première acidité du citron. ) Calculer la valeur de la constante de réaction. Justifier l apparition des bulles au niveau de la rondelle. Données : p(co aq /CO ) 6,5 L acide citrique est un triacide de formule : COO C(O)(COO) C COO. Les p successifs sont :, ; 4,8 ; 6,4 ) Le gaz des boissons gazeuses est le dioxyde de carbone. ) bilan de la réaction entre les ions hydrgénocarbonate de l eau minérale et l acide citrique du citron. CO + COO C(O)(COO) C COO CO + COO C(O)(COO) C COO ) écrite plus simplement CO + A CO + A [ A CO ] [ A ].[ CO ] K qui peut aussi s écrire apparaître les constantes d acidité : de l acide citrique :, K K 6, [ O ][. A ] [ A] K ; de l acide carbonique : 0 K 0,5 K,8.0 + [ A CO ].[ O ] + [ A ].[ CO ][. O ] K < 0 4 mais K est très grand. La réaction est très favorisée dans le sens. pour faire + [ O ][. CO ] [ CO ] CO + A CO + A Il se produit beaucoup d acide carbonique, qui est instable et se décompose en O et CO qui se dégage. La formation de CO explique l apparition des bulles. Complément : formule développée de l acide citrique. O O O C O C C C C O O O 4