Force des acides et des bases : Ka, pKa et prédominance : fiche de révision
Acides forts et faibles, constante d'acidité Ka, diagrammes de prédominance et solutions tampons : la fiche pour maîtriser l'équilibre acide-base.
1Acide fort, acide faible
Un acide FORT réagit TOTALEMENT avec l'eau : AH + H₂O → A⁻ + H₃O⁺ (flèche simple). Exemple : HCl. Son pH vaut −log(c/c°). Une base forte (comme HO⁻ apporté par la soude NaOH) réagit totalement aussi : pH = 14 + log(c/c°) à 25 °C.
Un acide FAIBLE réagit PARTIELLEMENT : AH + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺ (double flèche, état d'équilibre). Exemple : acide éthanoïque. Le taux d'avancement final τ = xf/xmax est inférieur à 1, et il augmente avec la dilution. À concentration égale, le pH d'un acide faible est SUPÉRIEUR à celui d'un acide fort.
2Constante d'acidité Ka et pKa
À l'équilibre de AH + H₂O ⇌ A⁻ + H₃O⁺, la constante d'acidité du couple vaut Ka = [A⁻][H₃O⁺]/([AH] c°), et pKa = −log Ka. Plus le Ka est grand (pKa petit), plus l'acide est fort — plus l'équilibre est déplacé vers la formation de A⁻.
Relation fondamentale, valable dans toute solution contenant le couple : pH = pKa + log([A⁻]/[AH]). Elle relie le pH à la composition et se retrouve directement depuis l'expression de Ka. Exemples de pKa à 25 °C : couple CH₃COOH/CH₃COO⁻ pKa ≈ 4,8 ; NH₄⁺/NH₃ pKa ≈ 9,2.
3Diagrammes de prédominance
De pH = pKa + log([A⁻]/[AH]) découle le diagramme de prédominance : si pH < pKa, [AH] > [A⁻], la forme ACIDE prédomine ; si pH > pKa, la forme BASIQUE A⁻ prédomine ; si pH = pKa, les deux formes sont à égales concentrations.
Applications : indicateurs colorés (leur zone de virage encadre leur pKa, la couleur change quand la forme prédominante bascule), comportement des espèces en milieu biologique (les acides α-aminés et leurs formes selon le pH), choix d'un indicateur de titrage. Une SOLUTION TAMPON contient un acide faible et sa base conjuguée en proportions comparables (pH proche du pKa) : son pH varie peu par ajout modéré d'acide, de base ou par dilution.
4Exemple corrigé et pièges
Énoncé : dans une solution, le couple CH₃COOH/CH₃COO⁻ (pKa = 4,8) vérifie [CH₃COO⁻] = 10 [CH₃COOH]. Quel est le pH ?
pH = pKa + log([A⁻]/[AH]) = 4,8 + log 10 = 5,8. À ce pH, la forme basique prédomine, ce qui est cohérent avec pH > pKa.
Pièges : écrire une flèche simple pour un acide faible (l'équilibre exige la double flèche) ; oublier que Ka ne dépend QUE de la température (pas des concentrations initiales) ; inverser le diagramme de prédominance (moyen mnémotechnique : à pH très acide, c'est la forme acide qui domine) ; confondre force (Ka) et concentration (c) — un acide faible concentré peut avoir un pH plus bas qu'un acide fort très dilué.
Définitions à connaître par cœur
Quiz : teste-toi sur force des acides et des bases : ka, pka et prédominance
9 questions corrigées. Réponds avant d'ouvrir la correction !
1. Un acide fort réagit avec l'eau de façon…
- A.limitée
- B.totale
- C.nulle
- D.réversible
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Réponse : B. totale
Réaction totale, flèche simple : [H₃O⁺] = c et pH = −log c.
2. Plus le pKa d'un couple est PETIT, plus l'acide est…
- A.faible
- B.fort
- C.concentré
- D.dilué
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Réponse : B. fort
pKa petit ⟺ Ka grand ⟺ équilibre déplacé vers la dissociation.
3. La relation entre pH, pKa et composition est :
- A.pH = pKa × log([A⁻]/[AH])
- B.pH = pKa + log([A⁻]/[AH])
- C.pH = pKa − log([A⁻]/[AH])
- D.pH = log(pKa)
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Réponse : B. pH = pKa + log([A⁻]/[AH])
Elle découle directement de l'expression de Ka.
4. Si pH < pKa, l'espèce prédominante est…
- A.la forme basique A⁻
- B.la forme acide AH
- C.H₃O⁺
- D.aucune
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Réponse : B. la forme acide AH
log([A⁻]/[AH]) < 0 impose [AH] > [A⁻] : milieu acide, forme acide.
5. Ka dépend…
- A.de la concentration initiale
- B.du volume de solution
- C.uniquement de la température
- D.du pH
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Réponse : C. uniquement de la température
C'est une constante d'équilibre : seule la température la modifie.
6. À pH = pKa, on a…
- A.[AH] = [A⁻]
- B.[AH] = 0
- C.[A⁻] = 0
- D.pH = 7
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Réponse : A. [AH] = [A⁻]
log([A⁻]/[AH]) = 0 : les deux formes du couple sont à égalité.
7. Une solution tampon…
- A.a toujours un pH de 7
- B.voit son pH varier peu par ajout modéré d'acide ou de base
- C.ne contient qu'un acide fort
- D.a un pH très instable
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Réponse : B. voit son pH varier peu par ajout modéré d'acide ou de base
Acide faible + base conjuguée en proportions voisines : le mélange amortit les variations de pH.
8. Le taux d'avancement final d'un acide faible…
- A.vaut toujours 1
- B.augmente avec la dilution
- C.diminue avec la dilution
- D.est indépendant de la concentration
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Réponse : B. augmente avec la dilution
Plus la solution est diluée, plus la dissociation de l'acide faible progresse.
9. À concentration égale, le pH d'un acide faible est … celui d'un acide fort.
- A.égal à
- B.inférieur à
- C.supérieur à
- D.sans rapport avec
Voir la réponse
Réponse : C. supérieur à
Dissociation partielle ⇒ moins de H₃O⁺ formés ⇒ pH plus élevé.
Questions fréquentes
Comment reconnaître un acide fort d'un acide faible ?
Par l'écriture de la réaction avec l'eau (flèche simple = totale = fort ; double flèche = équilibre = faible), ou par la mesure : si pH = −log(c/c°), l'acide est fort ; si pH > −log(c/c°), il est faible.
Comment utiliser un diagramme de prédominance ?
Place le pKa sur un axe de pH : à gauche (pH < pKa), la forme acide AH prédomine ; à droite (pH > pKa), la forme basique A⁻. Compare le pH du milieu au pKa du couple pour identifier l'espèce majoritaire.
Qu'est-ce qu'une solution tampon et à quoi sert-elle ?
Un mélange d'acide faible et de sa base conjuguée en proportions comparables : son pH, proche du pKa, résiste aux ajouts modérés d'acide ou de base et à la dilution. Le sang (couple CO₂,H₂O/HCO₃⁻) et les milieux biologiques sont tamponnés ; on s'en sert aussi pour étalonner les pH-mètres.
Comment retrouver pH = pKa + log([A⁻]/[AH]) ?
Pars de Ka = [A⁻][H₃O⁺]/([AH]c°), isole [H₃O⁺] = Ka c° [AH]/[A⁻], puis prends −log de chaque membre : pH = pKa + log([A⁻]/[AH]).