Fiche de révision : Transformations acide-base

📋 Plan du Cours

1. Couples et réactions acide-base
2. Structures des espèces organiques
3. Constantes d’acidité et force
4. Composition et pH des solutions
5. Prédominance et indicateurs colorés
6. Solutions tampons

📖 1. Couples et réactions acide-base

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide de Brönsted : Espèce chimique capable de céder un ou plusieurs ions hydrogène H+.
• Base de Brönsted : Espèce chimique capable de capter un ou plusieurs ions hydrogène H+.
• Couple acide-base : Un acide AH et une base A- sont conjugués lorsqu’ils vérifient l’équation AH(aq) = A-(aq) + H+(aq).
• Réaction acide-base : Échange de protons H+ entre l’acide d’un couple et la base d’un autre couple.
• Espèce amphotère : Espèce chimique qui possède à la fois des propriétés acides et basiques.

★ À maîtriser

• La réaction H2CO3(aq) + HO-(aq) → HCO3-(aq) + H2O(l) met en jeu les couples H2CO3(aq) / HCO3-(aq) et H2O(l) / HO-(aq).

Compléments

• Les deux couples acide-base de l’eau sont H3O+(aq) / H2O(l) et H2O(l) / HO-(aq).

• La réaction entre CH3-NH2(aq) et H3O+(aq) s’écrit CH3-NH2(aq) + H3O+(aq) → CH3-NH3+(aq) + H2O(l).

💡 Astuce mémo

L’acide cède H+, la base capte H+.

📖 2. Structures des espèces organiques

★ À maîtriser

📌 Une amine primaire possède un seul substituant carboné sur l’azote, une amine secondaire en possède deux et une amine tertiaire en possède trois.

Compléments

• L’acide carboxylique R-COOH appartient au couple RCOOH(aq) / RCOO-(aq).

• L’amine R-NH2 appartient au couple R-NH3+(aq) / R-NH2(aq).

• Les représentations demandées pour l’acide éthanoïque, l’ion propanoate, la méthanamine et un ion ammonium sont leurs schémas de Lewis et leurs formules semi-développées.

📖 3. Constantes d’acidité et force

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide fort : Un acide est fort si sa réaction avec l’eau est totale.
• Base forte : Une base est forte si sa réaction avec l’eau est totale.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour le couple HA / A-, la réaction avec l’eau est HA(aq) + H2O(l) ⇄ A-(aq) + H3O+(aq) et la constante d’acidité vérifie K_A = \\frac{\[A^-\]*{eq}\[H_3O^+\]*{eq}}{\[HA\]\_{eq}c^\\circ} avec c^\\circ = 1,\\mathrm{mol,L^{-1}}.

📐 Formule — Le pKa et la constante d’acidité sont reliés par $pK_a=-\\log(K_A)$ et $K_A=10^{-pK_a}$.

📌 Quand Ka augmente ou que pKa diminue, la force de l’acide augmente tandis que celle de sa base conjuguée diminue.

Compléments

📐 Formule — L’autoprotolyse de l’eau s’écrit 2 H2O(l) ⇄ H3O+(aq) + HO-(aq) et son produit ionique vérifie K_e=\\frac{\[H_3O^+\]*{eq}\[HO^-\]*{eq}}{(c^\\circ)^2} avec c^\\circ=1,\\mathrm{mol,L^{-1}}.

💡 Astuce mémo

Ka augmente → force acide augmente → force de la base conjuguée diminue.

📖 4. Composition et pH des solutions

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un acide fort de concentration c, la réaction est totale et le pH vérifie pH=-\\log\\left(\\frac{\[H_3O^+\]\_{eq}}{c^\\circ}\\right)=-\\log(c) lorsque c^\\circ=1,\\mathrm{mol,L^{-1}}.

📐 Formule — Pour un acide faible de concentration c, le taux d’avancement est \\tau=\\frac{c^\\circ 10^{-pH}}{c} avec c^\\circ=1,\\mathrm{mol,L^{-1}}.

Compléments

• Une solution d’acide chlorhydrique contient H3O+ et Cl-, une solution d’acide nitrique contient H3O+ et NO3-, une solution d’acide éthanoïque contient CH3COOH, une solution d’hydroxyde de sodium contient HO- et Na+, et une solution d’ammoniac contient NH3.

💡 Astuce mémo

Acide fort : réaction totale ; acide faible : avancement partiel.

📖 5. Prédominance et indicateurs colorés

📝 Points essentiels

📌 Pour un couple HA / A-, HA prédomine lorsque pH < pKa - 1, HA et A- sont en proportions comparables autour de pH = pKa, et A- prédomine lorsque pH > pKa + 1.

📌 Lors d’un titrage, le pH à l’équivalence doit être compris dans la zone de virage de l’indicateur coloré, soit pKa - 1 < pH_E < pKa + 1.

💡 Astuce mémo

Avant pKa, l’acide prédomine ; après pKa, la base prédomine.

📖 6. Solutions tampons

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution tampon : Solution dont le pH varie très peu lors d’un ajout modéré d’acide ou de base ou lors d’une dilution modérée.

📊 Tableaux de synthèse

Force des espèces acide-base