Fiche de révision : Transformations acide-base et pH

📋 Plan du Cours

1. Acides et bases de Brønsted
2. Couples acide-base et amphotérie
3. Couples des espèces usuelles
4. Établir une réaction acide-base
5. Définition et calcul du pH
6. Mesure et précision du pH
7. Outils logarithmiques

📖 1. Acides et bases de Brønsted

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide de Brønsted : J. Brønsted, 1879 – 1947 — Espèce chimique, molécule ou ion, susceptible de libérer un ion H+.
• Base de Brønsted : J. Brønsted, 1879 – 1947 — Espèce chimique, molécule ou ion, capable de capter un ion H+.

💡 Astuce mémo

Acide : libère H+ ; base : capte H+

📖 2. Couples acide-base et amphotérie

🔑 Notions clés & Définitions

• Couple acide-base : Deux entités chimiques forment un couple acide-base si elles peuvent se transformer l’une en l’autre par transfert d’un ion H+, selon la demi-équation $AH \rightleftharpoons A^- + H^+$.
• Espèce amphotère : Une espèce amphotère peut se comporter à la fois comme un acide et comme une base selon le couple considéré.

📝 Points essentiels

• L’eau appartient aux couples H2O/HO− et H3O+/H2O, ce qui explique son caractère amphotère.

💡 Astuce mémo

Une espèce amphotère peut être acide dans un couple et base dans un autre

📖 3. Couples des espèces usuelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide carboxylique : Molécule possédant un groupe carboxyle et appartenant au couple R-COOH/R-COO−, dont la demi-équation est $R-COOH \rightleftharpoons R-COO^- + H^+$.
• Amine : Molécule dérivée de l’ammoniac dont au moins un hydrogène a été remplacé par un groupe carboné, et dont le doublet non liant lui permet de capter H+.

★ À maîtriser

• L’acide carbonique appartient au couple H2CO3/HCO3−, tandis que l’ion hydrogénocarbonate appartient aussi au couple HCO3−/CO3^2− et est donc amphotère.

Compléments

• Les amines primaires appartiennent au couple R-NH3+/R-NH2, dont l’acide conjugué est appelé alkylammonium.

📖 4. Établir une réaction acide-base

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction acido-basique : Transfert d’ion H+ entre l’acide d’un couple et la base d’un autre couple, formant les bases et acides conjugués des réactifs.

📝 Points essentiels

• Pour établir une équation acide-base, il faut identifier les réactifs et les couples, écrire les demi-équations avec les réactifs à gauche puis les additionner membre à membre.

• La réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau s’écrit $CH_3COOH + H_2O \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_3O^+$ et n’est pas totale.

💡 Astuce mémo

Identifier les couples → écrire les demi-équations → additionner

📖 5. Définition et calcul du pH

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : Sorensen, 1909 — Grandeur sans unité qui quantifie l’acidité d’une solution aqueuse à partir de sa concentration en ions oxonium.

★ À maîtriser

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

📐 Formule — La concentration en ions oxonium se déduit du pH par $[H_3O^+]=c^\circ\times10^{-pH}$.

• À 25 °C, une solution est acide si son pH est inférieur à 7, neutre si son pH vaut 7 et basique si son pH est supérieur à 7.

Compléments

• Une solution de pH 2 est plus acide qu’une solution de pH 4, car leurs concentrations en H3O+ valent respectivement 10−2 mol.L−1 et 10−4 mol.L−1.

💡 Astuce mémo

Plus [H3O+] augmente, plus le pH diminue

📖 6. Mesure et précision du pH

★ À maîtriser

• Le papier pH mesure le pH à une unité près, tandis qu’un pH-mètre le mesure à 0,1 unité près.

Compléments

• Pour un pH-mètre indiquant pH = 3,5, la concentration en ions oxonium vaut environ 3,2×10−4 mol.L−1.

• L’écart relatif associé à l’incertitude entre pH 3,5 et pH 3,6 est d’environ 22 %, ce qui traduit une précision faible sur la concentration déduite.

💡 Astuce mémo

Papier pH : unité ; pH-mètre : dixième

📖 7. Outils logarithmiques

📝 Points essentiels

• La fonction réciproque du logarithme décimal vérifie $a=\log b \Longleftrightarrow b=10^a$.

📐 Formule — Les propriétés du logarithme décimal sont $\log(ab)=\log(a)+\log(b)$ et $\log\left(\frac{a}{b}\right)=\log(a)-\log(b)$.

📊 Tableaux de synthèse

Rôles des espèces acide-base