I Acides et bases II Réaction acide-base III ph d une solution
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- Pierre-Louis Lacroix
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1 I Acides et bases II Réaction acidebase III ph d une solution
2 I Acides et bases a Définitions Définitions suivant Bronsted ( Chimiste danois ( )): Acide : Un acide est une espèce chimique susceptible de libérer (céder) un ion H + (proton). Ex : l acide éthanoïque : CH 3 COOH = CH 3 COO + H + Base : Une base est une espèce chimique susceptible de recevoir (fixer) un ion H + (proton). Ex : L ammoniac : NH 3 + H + = NH 4 +
3 b Notion de couple acidebase Une demiéquation protonique associe un acide et sa base conjuguée : Ex : CH 3 COOH = CH 3 COO + H + CH 3 COOH est l acide et CH 3 COO est sa base conjuguée, le couple est noté CH 3 COOH / CH 3 COO Généralisation : Un acide HA et sa base conjuguée A forment un couple acidebase noté HA/A. La demiéquation protonique du couple est HA = A + H +
4 Exercice : Donner le couple de l ammoniac, Qui est l acide? Qui est la base conjuguée? Déterminer les espèces chimiques manquantes dans les couples suivants, préciser s il s agit d acides ou de bases. H 3 O + / H 2 O ; H 2 PO 4 / HPO 2 4 ;. / NH 3 ; / OH ; C 2 H 4 O 2 /.. ; / NH 2 ; H 3 PO 4 /
5 c Couples de l eau L eau peut jouer le rôle d acide ou de base, elle appartient à deux couples : H 3 O + / H 2 O H 3 O + = H 2 O + H + H 2 O / HO H 2 O = HO + H + L eau a des propriétés amphotères, c est un ampholyte : elle peut jouer le rôle d un acide ou d une base.
6 d Classement des couples acidobasiques. Les différents acides et les différentes bases n ont pas la même force relative. On peut les classer sur une échelle. On associe à chaque couple un pka. Cette constante, déterminée expérimentalement, permet de classer les couples acidebase entre eux. L échelle et les remarques suivantes sont valables en solution aqueuse.
7 Un acide dont le pka 0 est dit «fort» son couple est toujours H 3 O + / H 2 O. Ex : l acide chlorhydrique. Une base dont le pka 14 est dite «forte» son couple est toujours H 2 O / HO. Ex : la soude.
8 II Réaction acidebase en solution aqueuse. Une réaction acidobasique fait intervenir deux couples. Elle correspond à un échange de proton entre l acide d un couple qui cède le proton et la base de l autre couple qui capte le proton. Un acide réagit toujours avec une base. Réaction entre HA 1 du couple HA 1 /A 1 et A 2 du couple HA 2 /A 2 HA 1 = A 1 + H + A 2 + H + = HA 2 Soit : HA 1 + A 2 = HA 2 + A 1
9 Il y a toujours réaction entre l acide le plus fort et la base la plus forte parmi les espèces présentes en solution. Un gamma à l endroit indique une réaction totale. HA 1 + A 2 = HA 2 + A 1
10 Un gamma à l envers indique une réaction limitée. Ex : Réaction entre l acide éthanoïque et l eau: Ecrire le gamma et l équation de réaction.
11 Exercice 1: Réaction entre l ion oxonium libéré par l acide chlorhydrique (H 3 O + (aq) / H 2 O) et l ion hydroxyde de soude (H 2 O / HO (aq)). 1. Représenter les couples sur l échelle ainsi que le gamma, 2. Etablir l équation de réaction, 3. Cette réaction estelle totale ou limitée. Remarque : l acide chlorhydrique libère en solution les ions H 3 O + et Cl. La soude libère en solution les ions HO et Na +. Les ions Cl et Na + sont des ions spectateurs, ils ne participent pas à la réaction.
12 Exercice 2: Réaction entre l acide hypochloreux (HClO (aq) / ClO (aq)) pka = 8 et l ion hydroxyde de la soude (H 2 O / HO (aq)). 1. Représenter les couples sur l échelle ainsi que le gamma, 2. Etablir l équation de réaction, 3. Cette réaction estelle totale ou limitée.
13 III ph et concentration en ion oxonium Le ph d une solution aqueuse indique son niveau d acidité. Que signifie ph? ph signifie potentiel hydrogène, il varie avec la concentration en ion oxonium H 3 O +. Quelles sont les valeurs limites du ph en solution aqueuse? Dans une solution aqueuse le ph varie de 0 à 14. Définition : Le ph est lié à la concentration en ion oxonium H 3 O +. ph = Log [H 3 O + ] et [H 3 O + ] = 10 ph
14 Echelle de ph Dans quels cas une solution estelle qualifiée d acide, basique ou neutre? Solution acide : ph < 7 [H 3 O + ] > [HO ] Solution neutre : ph = 7 [H 3 O + ] = [HO ] Solution basique : ph > 7 [H 3 O + ] < [HO ] Le ph est un nombre sans unité.
15 Produit ionique de l eau En solution aqueuse le produit ionique de l eau est toujours vérifié : Ke = [H 3 O + ]. [HO ] Ke = à 25 C, cette constante est appelée produit ionique Si on fait varier la concentration en ion oxonium dans une solution, alors on fait nécessairement varier la concentration en ion hydroxyde. Si on connait la concentration en ion oxonium ou en ion hydroxyde, on peut déterminer l autre à l aide du produit ionique.
16 Dilution Que se passetil lorsqu on dilue une solution acide? Lorsqu on dilue une solution acide, sa concentration en ion oxonium diminue. Le ph augmente donc et se rapproche de 7. Que se passetil lorsqu on dilue une solution basique? Lorsqu on dilue une solution basique, sa concentration en ion hydroxyde diminue, ce qui signifie que sa concentration en ion oxonium augmente. Le ph diminue donc et se rapproche de 7.
17
K W = [H 3 O + ] [OH - ] = 10-14 = K a K b à 25 C. [H 3 O + ] = [OH - ] = 10-7 M Solution neutre. [H 3 O + ] > [OH - ] Solution acide
La constante d autoprotolyse de l eau, K W, est égale au produit de K a par K b pour un couple acide/base donné : En passant en échelle logarithmique, on voit donc que la somme du pk a et du pk b d un
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