Fiche de Cours. Mesures en chimie Chapitre: Chapitre 5 - Réactions Acido-basiques Acides et Bases

Transcription

1 Sciences Physiques Unité : Mesures en chimie Chapitre: Chapitre 5 - Réactions Acido-basiques Acides et Bases Fiche de Cours S. Zayyani C est en 3 e que l on entend parler pour la première fois des acides et des bases, lors de notre étude d attaque des métaux par des acides. Un exemple est la réaction entre acide chlorhydrique HCl et métal Cuivre Cu. Les produits de cette réactions étaient, ion métallique Cu +2 (cuivre II), ion chlorure Cl (mise en évidence grâce au test de NaOH), et un gaz explosif (le dihydrogène H 2 ). Trouvons d abord le bilan de cette réaction, et puis, son équation-bilan : Bilan de réaction: Acide + métal ions + gaz Equation Bilan: 2HCl + Cu Cu Cl + H 2 En fait chaque atome de cuivre réagit avec deux molécules d acide. Lors de la réaction l ion d hydrogène de l acide chlorhydrique est libéré. Ce transfert de proton signifie qu il s agit en effet d une réaction acidobasique. DÉFINTION : La réaction acido-basique est caractérisée par un transfert de proton H + entre un acide et une base. Un acide est une entité chimique capable de libérer un proton H +. C'est-à-dire : Acide X + H + Une base est une entité chimique capable de capter un proton H +. C'est-à-dire : Base + H + Y EX. 1 Identifier si les espèces chimiques suivantes sont acides ou bases NH 3 + NH 4 H 2 SO 4 NaOH 1

2 Couple Acide/Base Désormais on utilise la convention simplifiée suivante : AH représente un acide, et A représente une base. Prenons la définition d un acide : Acide X + H + AH X + H + On voit que l espèce arbitraire X n est que ce qui reste de AH après avoir arraché le proton AH A + H + Et si on inverse le sens de la réaction on aura : A + H + AH Mais on sait que ce dernier est simplement la définition d une base, où A est la base. Donc on voit que A est simplement la base associée à l acide AH, ou plus précisement A est la base conjuguée de l acide AH. DÉFINITION : Deux entités chimiques constituent un couple acide/base s il est possible de passer le l une à l autre par perte ou gain d un proton L acide est noté AH, la base A et le couple AH/A (l acide est toujours noté en premier) A est la base conjuée de l acide AH, et AH l acide conjugué de la base A. Pour symboliser le fait que les transformation inverses associées ( AH A + H + et A + H + AH ) sont possibles on associe au couple acide/base une demi-équation acido-basique (acide toujours à gauche): AH = A + H + Voici quelques couples acides/base : 2

3 Cas spécial : Eau QUESTION : L eau, est-elle acide ou base? On peut répondre à cette question si on donne la(les) demi-équation(s) contenant eau. On a deux possibilités : i. Couples H 3 O + /H 2 O dont la demi-équation : H 3 O + = H 2 O + H + ii. Couple H 2 O/HO dont la demi-équation : H 2 O = HO + H + Dans le premier cas l eau est la base, le récipient du proton. Tandis que dans le deuxième cas, l eau est l acide, car c est elle qui libère le proton. On dit que l eau un ampholyte (adj. Amphotère) ; c'est-à-dire une espèce chimique qui appartient à deux couple acide/base, H 3 O + /H 2 O et H 2 O/HO. Elle est une espeèce qui se comporte comme un acide ou une base selon la situation (en présence d une base, comme un acide ; en présence d une base, comme un acide). EX. 2 Donner l équation de la mise-en-solution d acide chlorhydrique. Déterminer le couple acide/base d eau mis-en-jeu. Réaction Acido-basique Définitions : Une réaction acido-basique fait intervenir 2 couples acide/base. Considérons le cas général des couples A 1 H/A 1 et A 2 H/A 2. Les deux demi-équation associées sont : A 1 H = A 1 + H + A 2 H = A 2 + H + 3

4 Il est impossible d avoir une réaction acido-basique entre deux acides, donc, forcément, une des deux réactions est dans le sens inverse. Donc on a : A 1 H A 1 + H + A 2 + H + A 2 H La réaction totale est donc la somme des deux : A 1 H + A 2 + H + A 1 + H + + A 2 H En éliminant les ions spectateurs on arrive à la réaction acido-basique : A 1 H + A 2 A 1 + A 2 H Remarque : dans un sens le proton transféré ne figurent pas dans l équation chimique. Mais dans un autre sens cette équation montre le transfert d un proton de l acide A 1 H à la base A 2. Dans les demi-équations on utilise = mais dans la réaction a/b on utilise plutôt car il s agit d une véritable réaction chimique. EX. 3 Indiquer par dessous l acide et la base pour les réactifs et les produits, et compléter l équation. i. CH 3 COOH + HO ii. C 6 H 5 COO + H 3 O + iii. H 3 O + + HO iv. NH 3 + H 2 O v. NH H 2 O Réaction avec eau & quelques acides usuels Réaction avec eau Avec un acide, AH, H 2 O réagit en tant qu une base, c'est-à-dire il s agit d une réaction entre les couples AH/A et H 3 O + /H 2 O : AH + H 2 O A + H 3 O + 4

5 C'est-à-dire un acide dissout dans l eau participe à la réaction produisant des ions oxonium H 3 O + Avec une base, A, eau réagit en tant qu une base, c'est-à-dire il s agit d une réaction entre les couples H 2 O/HO et AH/A, donnant la réaction : H 2 O + A HO + AH Exemple : la réaction entre eau et ammoniac : C'est-à-dire une base dissoute dans l eau participe à la réaction produisant des ions hydroxyde HO Quelques acides i. Acides en solutions aqueuses. Comme acide sulfurique et acide chlorhydrique a. Acide chlorhydrique HCl HCl + H 2 O H 3 O + + Cl donc la solution aqueuse d acide chlorhydrique a pour formule : + H 3 O (aq) + Cl (aq) b. Acide sulfurique - H 2 SO 4 H 2 SO 4 + 2H 2 O 2H 3 O SO 4 donc la solution aqueuse d acide sulfurique a pour formule : + 2H 3 O (aq) 2 + SO 4 (aq) REMARQUE : Dans les deux cas, l «acide» présent dans la solution est en fait H 3 O +, l ion oxonium. Il est courant, par exemple, qu on parle tout simplement d acide sulfurique pour désigner la solution aqueuse. Or, pour l acide sulfurique, cette appellation est impropre, car on confond alors l acide sulfurique, et la solution obtenue en faisant réagir l acide avec l eau. On peut aussi avoir des acides qui ne sont pas en solution aqueuse, comme acide éthanoïque CH 3 COOH. un acide «organique». Sa demi-équation est alors : CH 3 COOH = CH 3 COO + H + Dans ces cas là, c est bien la CH 3 COOH molécule qui est l espèce acide. Voici quelques ions communs à connaître : NOM FORMULE NOM FORMULE 5

6 6

7 7

8 8

9 9