Transformations acide-base et pH : fiche de révision

1Acides, bases et couples selon Brønsted

Selon Brønsted, un acide est une espèce capable de CÉDER un proton H⁺, une base une espèce capable de le CAPTER. Un couple acide-base AH/A⁻ relie deux espèces échangeant un proton : AH = A⁻ + H⁺ (demi-équation protonique). Exemples à connaître : CH₃COOH/CH₃COO⁻ (acide éthanoïque/ion éthanoate), NH₄⁺/NH₃, H₃O⁺/H₂O, H₂O/HO⁻, CO₂,H₂O/HCO₃⁻.

L'eau est un AMPHOLYTE : elle appartient à deux couples (acide dans H₂O/HO⁻, base dans H₃O⁺/H₂O). Une réaction acide-base est un TRANSFERT de proton entre l'acide d'un couple et la base d'un autre : on l'écrit en combinant les deux demi-équations protoniques, sans électron ni H⁺ isolé dans le bilan.

2Le pH : définition et mesure

Définition : pH = −log([H₃O⁺]/c°) avec c° = 1 mol·L⁻¹ (concentration standard), soit en pratique pH = −log[H₃O⁺] avec [H₃O⁺] en mol·L⁻¹. Réciproquement [H₃O⁺] = c° × 10⁻ᵖᴴ. Une unité de pH correspond à un facteur 10 sur [H₃O⁺] : diviser [H₃O⁺] par 100, c'est augmenter le pH de 2.

À 25 °C, le produit ionique de l'eau vaut Ke = [H₃O⁺][HO⁻]/c°² = 10⁻¹⁴ : solution acide si pH < 7 ([H₃O⁺] > [HO⁻]), neutre si pH = 7, basique si pH > 7. Le pH se mesure au pH-mètre (étalonné avec des solutions tampons) ou s'estime au papier pH ; la mesure n'a de sens que pour des solutions aqueuses diluées.

3Exemple corrigé

Énoncé : une solution d'acide chlorhydrique a une concentration apportée c = 2,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹. L'acide HCl étant un acide fort (réaction totale avec l'eau : HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺), calculer le pH.

Réaction totale ⇒ [H₃O⁺] = c = 2,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹. pH = −log(2,0 × 10⁻³) = 3 − log 2 ≈ 2,7.

Vérification d'ordre de grandeur : c est entre 10⁻³ et 10⁻² mol·L⁻¹, le pH doit être entre 2 et 3 : cohérent. Question réciproque classique : un jus de citron a pH = 2,4, donc [H₃O⁺] = 10⁻²·⁴ ≈ 4,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

4Pièges classiques

Écrire une réaction acide-base avec des électrons (les électrons appartiennent à l'oxydoréduction ; ici on ne transfère que des protons). Confondre concentration APPORTÉE c et concentration EFFECTIVE [H₃O⁺] : elles ne coïncident que pour un acide fort. Oublier que le pH est sans unité et que log exige un argument sans dimension (d'où le c°). Enfin, pH = 7 n'est neutre qu'à 25 °C : la neutralité se définit par [H₃O⁺] = [HO⁻], pas par la valeur 7.