Fiche de révision : Solutions aqueuses et pH

📋 Plan du Cours

1. Solutions aqueuses et concentrations
2. Dissolution des solides ioniques
3. Dilution et conservation
4. Autoprotolyse et produit ionique
5. pH et classification des solutions

📖 1. Solutions aqueuses et concentrations

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution aqueuse : Un mélange homogène obtenu par dissolution d’un soluté dans l’eau, qui joue le rôle de solvant.

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration molaire d’une espèce X vérifie $C=\frac{n}{V}$, où n est la quantité de matière en moles et V le volume de solution en litres.

📐 Formule — La concentration massique vérifie $C_m=\frac{m}{V}$, où m est la masse de soluté en grammes et V le volume de solution en litres.

Compléments

📐 Formule — Pour 0,50 mol dissoute dans 2,0 L de solution, la concentration molaire vaut $C=\frac{0,50}{2,0}=0,25\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

📐 Formule — La concentration molaire et la concentration massique sont reliées par $C=\frac{C_m}{M}$, où M est la masse molaire en g·mol⁻¹.

📐 Formule — Pour un soluté gazeux, la concentration molaire vérifie $C=\frac{V(\mathrm{gaz})}{V_m\times V}$, avec n=V(gaz)/Vm.

• La notation [X] désigne la concentration molaire de l’espèce X, exprimée en mol·L⁻¹.

📖 2. Dissolution des solides ioniques

★ À maîtriser

• Dans une solution contenant Aˣ⁺ et Bʸ⁻, l’électroneutralité s’écrit $[H_3O^+]+x[A^{x+}]=[OH^-]+y[B^{y-}]$.

• Un solide ionique AₓBᵧ se dissout dans l’eau en produisant des ions selon les coefficients stœchiométriques de sa formule : $A_xB_y(s)\rightarrow xA^{x+}(aq)+yB^{y-}(aq)$.

• Lors de la dissolution de CaCl₂, une unité de formule produit un ion Ca²⁺ et deux ions Cl⁻ selon $CaCl_2(s)\rightarrow Ca^{2+}(aq)+2Cl^-(aq)$.

Compléments

• Pour une solution de CaCl₂, l’électroneutralité s’écrit $[H_3O^+]+[Ca^{2+}]=[OH^-]+2[Cl^-]$.

💡 Astuce mémo

Formule → ions → proportions

📖 3. Dilution et conservation

★ À maîtriser

📐 Formule — La relation de dilution est $C_iV_i=C_fV_f$, où Ci et Cf sont les concentrations initiale et finale et Vi et Vf les volumes initial et final.

• Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté ne change pas, tandis que le volume de solution augmente et que sa concentration diminue.

Compléments

📐 Formule — Le volume final après ajout d’eau vérifie $V_f=V_i+V(\mathrm{eau})$.

• Avec Ci=1,0 mol·L⁻¹, Vi=100 mL et 400 mL d’eau, Vf=500 mL=0,500 L et Cf=0,20 mol·L⁻¹.

📖 4. Autoprotolyse et produit ionique

★ À maîtriser

📐 Formule — Le produit ionique de l’eau vérifie $K_e=[H_3O^+][OH^-]$ et son opposé logarithmique est $pK_e=-\log(K_e)$.

• L’autoprotolyse de l’eau est la réaction réversible $2H_2O(l)\rightleftharpoons H_3O^+(aq)+OH^-(aq)$.

• Dans l’eau pure, [H₃O⁺]=[OH⁻]=1,0×10⁻⁷ mol·L⁻¹.

Compléments

• À 25 °C, l’eau possède Ke=1,0×10⁻¹⁴ et pKe=14,00.

💡 Astuce mémo

Eau ⇄ ions → Ke → pKe

📖 5. pH et classification des solutions

★ À maîtriser

📐 Formule — Le pH d’une solution vérifie $pH=-\log[H_3O^+]$ et donc $[H_3O^+]=10^{-pH}$.

• Une solution est acide si pH<7 et [H₃O⁺]>[OH⁻], neutre si pH=7 et [H₃O⁺]=[OH⁻], et basique si pH>7 et [H₃O⁺]<[OH⁻].

Compléments

📐 Formule — Une autre relation du pH est $pH=pK_e+\log[OH^-]$.

• Pour une solution contenant H₃O⁺, Na⁺ et Cl⁻, l’électroneutralité s’écrit $[H_3O^+]+[Na^+]=[OH^-]+[Cl^-]$.

• Si [H₃O⁺]=2,0×10⁻³ mol·L⁻¹, alors pH=2,70.

💡 Astuce mémo

Acide : H₃O⁺ dominant ; basique : OH⁻ dominant

📊 Tableaux de synthèse

Classification selon le pH