Fiche de révision : Réactions acido-basiques et pH

📋 Plan du Cours

1. Acides et bases de Brønsted
2. Couples et forces acido-basiques
3. Eau amphotère et constantes
4. Définition et mesure du pH
5. Calculs de pH usuels
6. Diagrammes de prédominance
7. Indicateurs colorés de pH
8. Principe du dosage acido-basique
9. Dosage acide fort base forte
10. Dosage acide faible base forte

📖 1. Acides et bases de Brønsted

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide de Brønsted : BRONSTED, vers le début — Espèce chimique capable de libérer un ion hydrogène H+ en solution.
• Base de Brønsted : BRONSTED, vers le début — Espèce chimique capable de capter un ion hydrogène H+ en solution.

📝 Points essentiels

• Dans l’eau, le proton H+ n’existe pas seul et se trouve toujours sous forme hydratée H3O+, appelée ion hydronium ou oxonium.

💡 Astuce mémo

Acide = donne H+, base = capte H+

📖 2. Couples et forces acido-basiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Couple acido-basique : Un couple acido-basique s’écrit HA/A−, avec l’acide HA en premier et sa base conjuguée A− en second.

★ À maîtriser

📌 Un acide fort est totalement dissocié dans l’eau, tandis qu’un acide faible laisse subsister des molécules HA à l’équilibre.

📌 Une base forte réagit totalement avec l’eau, tandis qu’une base faible ne forme qu’une quantité d’ions BH+ et HO− inférieure à la quantité initiale de base.

Compléments

• Les acides forts cités sont:

  • l’acide chlorhydrique HCl
  • l’acide bromhydrique HBr
  • l’acide iodhydrique HI
  • l’acide sulfurique donnant 2 H3O+ et SO4^2−

• L’hydroxyde de sodium NaOH et l’hydroxyde de potassium KOH sont des bases fortes.

💡 Astuce mémo

Fort : transformation totale ; faible : équilibre persistant

📖 3. Eau amphotère et constantes

🔑 Notions clés & Définitions

• Ampholyte : Substance qui peut se comporter comme un acide ou comme une base de Brønsted.

★ À maîtriser

• Dans la réaction NH3 + H2O → NH4+ + HO−, l’eau cède un proton et l’ammoniac le capte.

📐 Formule — Pour le couple HA/A−, la constante d’acidité vérifie $K_A=\frac{[H_3O^+][A^-]}{[HA]}$.

📐 Formule — La constante d’acidité et son logarithme opposé sont reliés par $pK_A=-\log(K_A)$.

Compléments

• À 25 °C, le couple H3O+/H2O a un pKA égal à 0 et le couple H2O/HO− a un pKA égal à 14.

• À 25 °C, l’autoprotolyse de l’eau vérifie [H3O+]eq = [HO−]eq = 1,0×10−7 mol.L−1.

💡 Astuce mémo

Échange de proton avec l’eau → couple conjugué et constante d’acidité

📖 4. Définition et mesure du pH

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : SORENSEN, 1909 — Pour une solution aqueuse diluée telle que [H3O+] < 5,0×10−2 mol.L−1, le pH est défini par $pH=-\log([H_3O^+])$.

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration en ions hydronium se déduit du pH par $[H_3O^+]=10^{-pH}$.

📌 Une solution est acide si son pH est inférieur à 7, neutre si son pH est égal à 7 et basique si son pH est supérieur à 7.

Compléments

• Pour mesurer précisément le pH, on étalonne le pH-mètre avec une ou deux solutions étalons, puis on rince la sonde, on la plonge dans la solution, on agite, on attend la stabilisation et on relève le pH.

💡 Astuce mémo

[H3O+] diminue → pH augmente

📖 5. Calculs de pH usuels

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution tampon : Solution contenant un acide faible et sa base conjuguée en concentrations assez proches, dont le pH varie peu lors d’un ajout modéré d’acide, de base ou d’eau.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un monoacide fort de concentration c, le pH vérifie $pH=-\log(c)$.

📐 Formule — Pour une monobase forte de concentration c, le pH vérifie $pH=14+\log(c)$ à 25 °C.

📐 Formule — Pour un couple HA/A−, le pH d’une solution tampon vérifie $pH=pK_A+\log\left(\frac{[A^-]}{[HA]}\right)$.

Compléments

• Pour l’acide éthanoïque de concentration C = 1,0×10−2 mol.L−1 et de pH 3,40, le taux d’avancement final est 4 % et la constante d’acidité vaut KA = 1,7×10−5, soit pKA = 4,78.

💡 Astuce mémo

Acide fort → base forte → solution tampon → acide ou base faible

📖 6. Diagrammes de prédominance

📝 Points essentiels

📌 Pour un couple HA/A−, si pH = pKA, les concentrations de HA et A− sont égales.

📌 Pour un couple HA/A−, si pH > pKA, la base conjuguée A− prédomine, tandis que si pH < pKA, l’acide HA prédomine.

💡 Astuce mémo

pH < pKA : HA ; pH > pKA : A−

📖 7. Indicateurs colorés de pH

🔑 Notions clés & Définitions

• Indicateur coloré : Acide faible HIn dont la forme acide HIn et la base conjuguée In− ont des couleurs différentes.

★ À maîtriser

📌 Un indicateur coloré est adapté à un dosage lorsque sa zone de virage, comprise entre pKA−1 et pKA+1, encadre le pH à l’équivalence.

Compléments

• Le bleu de bromothymol est jaune sous sa forme acide et bleu sous sa forme basique, tandis que la phénolphtaléine est incolore sous sa forme acide et rose fuchsia sous sa forme basique.

💡 Astuce mémo

Une couleur acide et une couleur basique se mélangent dans la zone de virage

📖 8. Principe du dosage acido-basique

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage acido-basique : Détermination de la concentration d’une solution grâce à une réaction acido-basique quasi totale avec une solution de concentration connue.
• Équivalence : État où les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques et disparaissent simultanément.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour une réaction 1:1, l’équivalence vérifie $c_aV_a=c_bV_e$.

Compléments

📌 Le titrage colorimétrique repère l’équivalence par un changement de couleur, tandis que le titrage pH-métrique la repère par le saut de pH sur la courbe pH=f(V).

💡 Astuce mémo

Prélever → titrer → repérer l’équivalence → calculer la concentration

📖 9. Dosage acide fort base forte

★ À maîtriser

📐 Formule — Lors du dosage d’un acide fort par une base forte, la réaction support est $H_3O^+ + HO^- \rightarrow 2H_2O$ et les ions réagissent mole à mole.

📌 Lors du dosage d’un acide fort par une base forte, le pH à l’équivalence est égal à 7 à 25 °C.

Compléments

• Avec c′ = 0,1 mol.L−1, Ve = 14,3 mL et V = 10 mL, le dosage de HCl par NaOH donne c = 0,143 mol.L−1.

💡 Astuce mémo

À l’équivalence, acide fort/base forte donne pH 7

📖 10. Dosage acide faible base forte

★ À maîtriser

📌 Lors du dosage d’un acide faible par une base forte, le pH à l’équivalence est supérieur à 7 car la base conjuguée formée réagit avec l’eau en produisant des ions HO−.

📌 Lors du dosage d’un acide faible par une base forte, le pH à la demi-équivalence est égal au pKA du couple acido-basique.

Compléments

• Pour le dosage de l’acide éthanoïque par NaOH avec cb = 0,02 mol.L−1, Va = 10 mL et Ve = 17,5 mL, la concentration de l’acide vaut ca = 0,035 mol.L−1.

• Pour doser un acide faible par une base forte, la phénolphtaléine convient, tandis que le bleu de bromothymol ne convient pas car le pH à l’équivalence est supérieur à 7.

💡 Astuce mémo

À l’équivalence : pH > 7 ; à demi-équivalence : pH = pKA

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des dosages