Fiche de révision : Transformations acide-base

📋 Plan du Cours

1. pH et acidité des solutions
2. Calculs de pH et concentration
3. Définition des transformations acide-base
4. Couples acide-base de Brønsted
5. Espèces amphotères et couples usuels
6. Structures de Lewis et acidité
7. Bilan quantitatif des réactions

📖 1. pH et acidité des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : Grandeur sans unité, comprise entre 0 et 14, qui quantifie l’acidité d’une solution aqueuse.

📝 Points essentiels

📌 Une solution est d’autant plus acide qu’elle contient davantage d’ions H3O+, tandis qu’elle est d’autant plus basique qu’elle contient davantage d’ions HO−.

💡 Astuce mémo

Plus de H3O+ signifie plus acide ; plus de HO− signifie plus basique.

📖 2. Calculs de pH et concentration

★ À maîtriser

📐 Formule — Le pH vérifie $pH=-\log\left(\frac{[H_3O^+]}{C^\circ}\right)$, avec $C^\circ=1\ \mathrm{mol.L^{-1}}$.

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

Compléments

• Les relations logarithmiques utilisées sont $\log(ab)=\log(a)+\log(b)$ et $\log(a/b)=\log(a)-\log(b)$.

• Pour une solution de pH 6,5, la concentration en ions oxonium est $[H_3O^+]=3{,}2\times10^{-7}\ \mathrm{mol.L^{-1}}$.

💡 Astuce mémo

pH → concentration en H3O+ ; concentration en H3O+ → pH.

📖 3. Définition des transformations acide-base

🔑 Notions clés & Définitions

• Transformation acide-base : Transformation qui implique un transfert d’un ion H+, ou proton, entre un acide et une base.

📝 Points essentiels

• La réaction $AH(aq)+H_2O(l)\rightarrow A^-(aq)+H_3O^+(aq)$ illustre le transfert d’un proton entre AH et H2O.

💡 Astuce mémo

Transfert de H+ → transformation acide-base.

📖 4. Couples acide-base de Brønsted

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide de Brønsted : Espèce capable de céder un ion H+, ou proton.
• Base de Brønsted : Espèce capable de capter un ion H+, ou proton.
• Couple acide-base : Dans un couple acide-base AH/A−, AH est l’acide et A− est sa base conjuguée, selon la demi-équation $AH\rightarrow A^-+H^+$.

📝 Points essentiels

• Dans la réaction $H_3PO_4+HO^-\rightarrow H_2PO_4^-+H_2O$, les couples acide-base sont H3PO4/H2PO4− et H2O/HO−.

💡 Astuce mémo

L’acide cède H+ ; la base capte H+.

📖 5. Espèces amphotères et couples usuels

🔑 Notions clés & Définitions

• Espèce amphotère : Espèce qui peut se comporter à la fois comme un acide et comme une base.

📝 Points essentiels

• L’ion AH− est amphotère car il appartient aux couples AH2/AH− et AH−/A2−.

• Les couples usuels étudiés sont:

  • H2CO3/HCO3− et HCO3−/CO3^2− pour l’acide carbonique
  • NH4+/NH3 pour l’ammoniac
  • CH3COOH/CH3COO− pour l’acide éthanoïque

💡 Astuce mémo

Une espèce amphotère se trouve au milieu de deux couples et peut donner ou capter H+.

📖 6. Structures de Lewis et acidité

★ À maîtriser

• Les propriétés acides et basiques de Brønsted sont reliées à la structure de Lewis des espèces.

📌 Si la différence d’électronégativité entre deux atomes liés par une liaison covalente est supérieure à 0,4, la liaison peut être rompue.

Compléments

• Les électronégativités indiquées sont:

  • 2,20 pour H
  • 2,55 pour C
  • 3,04 pour N
  • 3,44 pour O

• Les couples CH3COOH/CH3COO− et CH3NH3+/CH3NH2 peuvent être représentés par leurs structures de Lewis pour identifier l’acide et la base.

💡 Astuce mémo

Différence d’électronégativité importante → liaison covalente susceptible de se rompre.

📖 7. Bilan quantitatif des réactions

★ À maîtriser

📐 Formule — La quantité de matière se calcule avec $n=\frac{m}{M}$ et la concentration avec $C=\frac{n}{V}$.

• Pour calculer un pH à partir d’une masse de réactif, on détermine successivement la quantité de matière, l’avancement maximal, la quantité de H3O+, sa concentration puis le pH.

• Pour l’aspirine, $x_{max}=5{,}556\times10^{-3}\ \mathrm{mol}$ et $x_f=6{,}5\times10^{-4}\ \mathrm{mol}$ ; comme $x_f<x_{max}$, toute l’aspirine n’est pas consommée et la réaction est limitée.

Compléments

• Pour une solution d’ion malate de concentration $C_2=5{,}01\times10^{-6}\ \mathrm{mol.L^{-1}}$, la concentration en ions H3O+ vaut $[H_3O^+]=2C_2=10{,}02\times10^{-6}\ \mathrm{mol.L^{-1}}$ et le pH vaut 5,00.

💡 Astuce mémo

Masse → quantité de matière → concentration → pH.

📊 Tableaux de synthèse

Rôles dans un couple acide-base