Fiche de révision : Transformations acide-base et pH

📋 Plan du Cours

1. Acides et bases de Brønsted
2. Couples acide-base et ampholytes
3. Couples de l’eau et du carbone
4. Acides carboxyliques et amines
5. Réactions de transfert de proton
6. Mesure et définition du pH
7. Caractère acide, basique ou neutre

📖 1. Acides et bases de Brønsted

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide de Brønsted : Espèce chimique capable de céder au moins un proton H+ ou ion hydrogène.
• Base de Brønsted : Espèce chimique capable de capter au moins un proton H+ ou ion hydrogène.

📝 Points essentiels

• Dans l’exemple étudié, l’acide éthanoïque CH3CO2H cède H+ pour former l’ion éthanoate CH3CO2−.

💡 Astuce mémo

L’acide cède H+, tandis que la base capte H+.

📖 2. Couples acide-base et ampholytes

🔑 Notions clés & Définitions

• Couple acide-base : Ensemble de deux espèces conjuguées qui se transforment l’une en l’autre par gain ou perte d’un proton H+ et se note HA/A−.
• Ampholyte : Espèce chimique qui peut être à la fois un acide et une base.

★ À maîtriser

📐 Formule — La demi-équation d’un couple acide-base s’écrit $HA = A^- + H^+$, ou $BH^+ = B + H^+$ pour le couple BH+/B.

Compléments

• L’ion hydrogénocarbonate HCO3− est un ampholyte car il appartient aux couples H2CO3/HCO3− et HCO3−/CO3^2−.

💡 Astuce mémo

Acide ⇌ base conjuguée par perte ou gain de H+.

📖 3. Couples de l’eau et du carbone

★ À maîtriser

• L’eau appartient aux couples H3O+(aq)/H2O(l) et H2O(l)/HO−(aq), avec les demi-équations $H_3O^+ = H_2O + H^+$ et $H_2O = HO^- + H^+$.

• Les espèces des deux couples sont:

  • H2CO3, acide carbonique
  • HCO3−, ion hydrogénocarbonate
  • CO3^2−, ion carbonate

Compléments

• Le dioxyde de carbone dissous CO2(aq) réagit avec l’eau pour former H2CO3(aq), puis H2CO3(aq) se déshydrate facilement en CO2(aq) et H2O(l).

💡 Astuce mémo

L’eau est base dans H3O+/H2O mais acide dans H2O/HO−.

📖 4. Acides carboxyliques et amines

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide carboxylique : Composé de formule RCO2H qui cède un ion hydrogène H+ pour former un ion carboxylate RCO2−.
• Amine : Molécule azotée obtenue par remplacement d’un, deux ou trois atomes d’hydrogène de NH3 par un, deux ou trois groupes alkyles R.

★ À maîtriser

📌 Une amine est une base car le doublet non liant de son atome d’azote peut capter un ion H+ et devenir un doublet liant, ce qui donne à l’azote une charge positive.

Compléments

• Dans un acide carboxylique, la polarisation de la liaison O-H par l’oxygène permet sa rupture, la libération de H+ et la formation d’une charge négative sur l’oxygène.

💡 Astuce mémo

O attire les électrons → le carboxyle cède H+ ; N possède un doublet → l’amine capte H+.

📖 5. Réactions de transfert de proton

★ À maîtriser

• Une transformation acide-base transfère un ion H+ de l’acide A1H d’un couple vers la base A2− d’un autre couple, puis s’obtient par addition des deux demi-équations.

📌 Une transformation acide-base totale s’écrit avec une flèche simple →, tandis qu’une transformation non totale s’écrit avec une double flèche ⇌ ou un signe égal.

Compléments

• La réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau est non totale et s’écrit CH3CO2H(aq) + H2O(l) ⇌ CH3CO2−(aq) + H3O+(aq).

• La réaction de HCl(g) avec l’eau est totale et s’écrit HCl(g) + H2O(l) → Cl−(aq) + H3O+(aq).

💡 Astuce mémo

Demi-équations → addition membre à membre → équation-bilan.

📖 6. Mesure et définition du pH

★ À maîtriser

• Le papier pH mesure le pH de manière peu précise et le résultat est donné à l’unité près, tandis que le pH-mètre permet une mesure au dixième d’unité près.

📐 Formule — Pour une solution diluée telle que [H3O+] ≤ 10−2 mol·L−1, le pH vérifie $pH = -\log\left(\frac{[H_3O^+]}{c^\circ}\right)$ avec $c^\circ = 1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$.

📐 Formule — La concentration en ions oxonium se calcule à partir du pH par $[H_3O^+] = c^\circ \times 10^{-pH}$.

Compléments

📌 Lorsque le pH est donné avec un chiffre après la virgule, la concentration en ions oxonium est donnée avec au plus deux chiffres significatifs.

💡 Astuce mémo

Papier pH : unité près ; pH-mètre : dixième d’unité.

📖 7. Caractère acide, basique ou neutre

★ À maîtriser

📌 Une solution aqueuse est acide si [H3O+] > [HO−], basique si [H3O+] < [HO−], et neutre si [H3O+] = [HO−].

• À 25 °C, une solution acide a un pH inférieur à 7,0, une solution basique a un pH supérieur à 7,0 et une solution neutre a un pH égal à 7,0.

Compléments

• Une solution est neutre lorsque la concentration en ions H3O+ vaut 10−7 mol·L−1.

📌 Plus la concentration en ions H3O+ est élevée, plus la solution est acide et plus son pH est faible.

💡 Astuce mémo

H3O+ > HO− : acide ; H3O+ < HO− : basique ; égalité : neutre.

📊 Tableaux de synthèse

Caractère des solutions à 25 °C