Fiche de révision : Équilibres acido-basiques en solution

📋 Plan du Cours

1. Définition et mesure du pH
2. Équilibre de l’acide éthanoïque
3. Constante d’acidité et pKa
4. Domaines de prédominance
5. Indicateurs colorés acido-basiques
6. Autoprotolyse de l’eau
7. Échelle des pKa et solutions tampons
8. Réactions acido-basiques et ampholytes

📖 1. Définition et mesure du pH

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : D’une solution diluée, il vérifie $pH=-\log\left(\frac{[H_3O^+]}{c^°}\right)$, avec $c^°=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$ comme concentration standard.

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration en ions oxonium se déduit du pH par $[H_3O^+]=c^°\times10^{-pH}$ et s’exprime en $\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

Compléments

• Le pH se mesure généralement avec du papier pH ou un pH-mètre.

📌 La précision d’une mesure de pH est de 0,05, donc la concentration en ions H3O+ déduite est donnée avec au plus deux chiffres significatifs.

📖 2. Équilibre de l’acide éthanoïque

★ À maîtriser

• L’acide éthanoïque réagit avec l’eau selon $CH_3COOH(aq)+H_2O(l)\rightleftharpoons CH_3COO^-(aq)+H_3O^+(aq)$.

📌 Une réaction totale atteint son avancement maximal, tandis qu’un équilibre chimique conserve simultanément des réactifs et des produits dans l’état final.

Compléments

• Pour 50 mL d’une solution d’acide éthanoïque de concentration $10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$, le pH mesuré est 3,4.

💡 Astuce mémo

Réaction totale ≠ équilibre : à l’équilibre, réactifs et produits coexistent.

📖 3. Constante d’acidité et pKa

🔑 Notions clés & Définitions

• Constante d’acidité : Du couple $HA/A^-$ est le quotient sans unité $K_a=\frac{[H_3O^+]}{c^°}\times\frac{[A^-]/c^°}{[HA]/c^°}$.

★ À maîtriser

📐 Formule — Le pKa est défini par $pK_a=-\log K_a$.

📐 Formule — La relation entre le pH, le pKa et les concentrations s’écrit $pH=pK_a+\log\left(\frac{[A^-]}{[HA]}\right)$.

Compléments

• Les valeurs données sont:
  • pKa(NH4+/NH3) = 9,20
  • pKa(HClO/ClO−) = 7,30
  • pKa(HCl/Cl−) = 0,00

📖 4. Domaines de prédominance

📝 Points essentiels

📌 À pH = pKa, les concentrations de l’acide HA et de sa base conjuguée A− sont égales.

📌 Lorsque pH < pKa, la forme acide HA prédomine, tandis que lorsque pH > pKa, la forme basique A− prédomine.

💡 Astuce mémo

pH < pKa : acide ; pH > pKa : base.

📖 5. Indicateurs colorés acido-basiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Indicateur coloré : Couple acide-base dont les espèces conjuguées ont des teintes différentes.
• Zone de virage : Intervalle dans lequel sa teinte sensible résulte de la superposition des teintes acide et basique.

📝 Points essentiels

• Le bleu de bromothymol est jaune pour pH ≤ 6,0 et bleu pour pH ≥ 7,6.

💡 Astuce mémo

pH bas → teinte acide ; zone de virage → teinte sensible ; pH haut → teinte basique.

📖 6. Autoprotolyse de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Produit ionique de l’eau : Vérifie $K_e=[H_3O^+][OH^-]=10^{-14}$ à 25 °C dans les solutions aqueuses aux concentrations usuelles.

📝 Points essentiels

• L’autoprotolyse de l’eau correspond à la formation simultanée d’ions oxonium et hydroxyde par réaction entre deux molécules d’eau, puis à leur recombinaison en molécules d’eau.

💡 Astuce mémo

Chocs entre molécules d’eau → ions H3O+ et OH− ; recombinaison → eau.

📖 7. Échelle des pKa et solutions tampons

★ À maîtriser

📌 Un acide ou une base est fort si sa réaction avec l’eau est totale.

📌 Dans l’eau, H3O+ est l’acide le plus fort et OH− est la base la plus forte existant dans le solvant.

• Une solution tampon contient un acide faible et sa base conjuguée en concentrations quasi-égales, de sorte que son pH varie peu lors de l’ajout de petites quantités d’acide, de base ou lors d’une dilution.

Compléments

• Le pH d’un mélange tampon équimolaire est proche du pKa du couple acide-base utilisé.

💡 Astuce mémo

Acide fort : réaction totale ; solution tampon : réaction limitée et pH stabilisé.

📖 8. Réactions acido-basiques et ampholytes

🔑 Notions clés & Définitions

• Ampholyte : Espèce capable de se comporter à la fois comme un acide et comme une base.

★ À maîtriser

• L’eau est amphotère : elle est la base du couple H3O+/H2O et l’acide du couple H2O/OH−.

• Toute réaction acido-basique est un transfert de proton mettant en jeu deux couples, selon le schéma acide A1H + base A2− ⇌ base A1− + acide A2H.

Compléments

• L’ion hydrogénocarbonate HCO3− est une espèce amphotère appartenant aux couples H2CO3/HCO3− et HCO3−/CO3^2−.

💡 Astuce mémo

Acide du premier couple + base du second → base conjuguée + acide conjugué.

📊 Tableaux de synthèse

Repères de l’échelle des pKa