Fiche de révision : Réactions acido-basiques

📋 Plan du Cours

1. pH et concentration en oxonium
2. Constante d’acidité des couples
3. Dissociation des acides faibles
4. Invariance de Kₐ et solutions tampon
5. Dioxyde de carbone et acidification

📖 1. pH et concentration en oxonium

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : Grandeur liée à la concentration en ions oxonium H₃O⁺ dans une solution.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le pH vérifie $pH=-\log[H_3O^+]$, avec [H₃O⁺] exprimée en mol·L⁻¹.

📐 Formule — La concentration en ions oxonium vérifie $[H_3O^+]=10^{-pH}$.

💡 Astuce mémo

Plus [H₃O⁺] augmente, plus le pH diminue

📖 2. Constante d’acidité des couples

🔑 Notions clés & Définitions

• Constante d’acidité : Grandeur sans dimension associée à l’équation HA + H₂O ⇄ A⁻ + H₃O⁺.

★ À maîtriser

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

📐 Formule — Le pKₐ d’un couple acide-base vérifie $pK_a=-\log K_a$.

Compléments

📐 Formule — Le pH d’une solution contenant le couple HA/A⁻ vérifie $pH=pK_a+\log\frac{[A^-]}{[HA]}$.

• Les couples acide-base des acides et bases faibles ont un pKₐ compris entre 0 et 14.

💡 Astuce mémo

Kₐ grand signifie pKₐ petit

📖 3. Dissociation des acides faibles

🔑 Notions clés & Définitions

• Coefficient de dissociation : Pourcentage de transformation d’un acide faible en sa base conjuguée lors de sa réaction avec l’eau.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un acide AH de concentration initiale C₀, les concentrations à l’équilibre vérifient $[AH]=(1-\alpha)C_0$ et $[A^-]=\alpha C_0$.

📐 Formule — Pour la réaction AH + H₂O ⇄ A⁻ + H₃O⁺, on a $[H_3O^+]=[A^-]=\alpha C_0$.

📐 Formule — La constante d’acidité d’un acide faible vérifie $K_a=\frac{\alpha^2}{1-\alpha}C_0$.

Compléments

📐 Formule — La conservation de la matière s’écrit $[AH]_0=[AH]+[A^-]=(1-\alpha)[AH]_0+\alpha[AH]_0$.

• Pour une solution d’acide éthanoïque de concentration 0,10 mol·L⁻¹ et de pH 2,9, la concentration en H₃O⁺ vaut 1,3 × 10⁻³ mol·L⁻¹ et le coefficient de dissociation vaut 1,3 %.

• Pour l’acide éthanoïque, une dilution de 0,10 à 0,010 mol·L⁻¹ fait passer le coefficient de dissociation de 1,3 % à 4,0 %.

💡 Astuce mémo

Dilution → dissociation accrue → proportion d’acide restante réduite

📖 4. Invariance de Kₐ et solutions tampon

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution tampon : Mélange contenant des concentrations identiques ou proches d’un acide et de sa base conjuguée.

★ À maîtriser

📌 À température donnée, Kₐ reste constante lorsque la concentration initiale de l’acide varie.

• Pour l’acide éthanoïque à 25 °C, Kₐ vaut 1,6 × 10⁻⁵ et pKₐ vaut 4,8 pour des concentrations initiales de 1,0 × 10⁻¹, 1,0 × 10⁻² et 1,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

📌 Le pH d’une solution tampon est égal ou très voisin du pKₐ du couple considéré.

📌 Le pH d’une solution tampon varie peu lors de l’ajout modéré d’un acide fort ou d’une base forte et ne varie pas lors d’une dilution.

Compléments

• Le couple acide éthanoïque/ion éthanoate, de pKₐ égal à 4,8, permet de préparer des solutions tampon dont le pH est compris entre 4,3 et 5,3.

💡 Astuce mémo

Kₐ reste constant, tandis que α varie avec la dilution

📖 5. Dioxyde de carbone et acidification

🔑 Notions clés & Définitions

• Acidification des océans : Baisse progressive de leur pH, principalement liée à l’absorption des surplus de CO₂ issus des activités humaines.

★ À maîtriser

• L’air ambiant contient normalement environ 0,04 % de CO₂, tandis que la valeur maximale d’exposition professionnelle est de 0,5 % pendant 8 heures de travail quotidiennes.

• À 1 % de CO₂, la respiration s’accélère légèrement, à 2 % elle devient plus profonde et jusqu’à 50 % plus rapide, et à 3 % elle devient difficile avec un rythme respiratoire pouvant doubler.

• Entre 5 et 10 % de CO₂, la respiration devient très difficile et une perte de conscience peut survenir en quelques minutes, tandis qu’au-delà de 10 % la perte de conscience est rapide et peut conduire à la mort sans soins d’urgence.

📌 La solubilité du CO₂ augmente dans les milieux basiques, car le dioxyde de carbone est une espèce acide du couple H₂O, CO₂/HCO₃⁻.

• Le pH de l’océan a diminué de 0,1 en une centaine d’années, et environ un tiers du CO₂ produit par les sociétés humaines est absorbé par les océans.

Compléments

• L’augmentation de la concentration atmosphérique en CO₂ contribue à l’élévation de la température de surface de l’atmosphère terrestre et au dérèglement climatique.

💡 Astuce mémo

Surplus de CO₂ absorbé → pH océanique réduit → écosystème perturbé