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s'écrit : pH = −log ([H3O+]) où H3O+ est l'ion hydronium, ou oxonium, aussi appelé “proton hydraté” 1 3 4 Relation pH/pKa et diagramme de prédominance

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6 4 1 LA DEFINITION DU PH D'UNE SOLUTION AQUEUSE 6 4 2 DIAGRAMME DE PREDOMINANCE DES FORMES ACIDE ET BASE ET DIAGRAMME 

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COMPRENDRE Page 1 sur 10 Réaction chimique par échange de proton

Chimie, Chapitre 1 Terminale S

REACTIONS ACIDO-BASIQUES

I NOTION DE REACTIONS ACIDO-BASIQUES

1) Acides, bases et couples acide / base

Quand un acide AH a libéré un proton, il donne naissance à une base A-. Quand une base B a capté un proton, elle donne naissance à un acide BH+. - forment un couple acide/base noté AH/A- (ou BH+/B). On dit que AH et A- (ou BH+ et B) sont des espèces conjuguées. demi-

équation acido-basique :

Exemples : = + acide éthanoïque ion éthanoate proton ion ammonium ammoniac proton

2) La réaction acido-basique et son équation

Une réaction acido-basique fait intervenir un acide A1H et une base A2- appartenant à deux

couples acide/base différents A1H/A1- et A2H/A2-. Elle est caractérisée par un transfert de

proton 1H et la base A2-.

II - LE pH ET SA MESURE

1) Définition du pH

Pour les solutions aqueuses diluées, le pH

nombre réel sans dimension égal à la concentration en ion oxonium H3O+ exprimée en mol.L-1 :

Remarques :

9 (1868- potentiel hydrogène ».

9 Les grandeurs pH et H3O+ varient en sens inverse :

ƒ 3O+] est multiplié par 10 ;

ƒ 3O+] est divisé par 10 ;

9

A 25°C : une solution de pH = 7 est neutre

une solution de pH < 7 est acide une solution de pH > 7 est basique. [H3O+] (mol.L-1) pH 2

10-8 10-6 10-4 10-2

8 6 4

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 2 sur 10 Réaction chimique par échange de proton

2) Mesure du pH

a) $ O·MLGH G·XQ LQGLŃMPHXU ŃRORUp QMPXUH GH OM VROXPLRQ de situer le pH de cette solution dans une échelle de valeurs. Ex : en versant quelques gouttes de BBT dans une solution aqueuse, on sait que son pH est : - inférieur à 6,0 si la couleur de la solution est jaune - supérieur à 7,6 si la couleur de la solution est bleue - compris entre 6,0 et 7,6 si la couleur de la solution est verte b) $ O·MLGH G·XQ SMSLHU S+ pYMOXMPLRQ GX S+ bandelette de papier pH (papier prépa geant de couleurs pour c) $ O·MLGH G·XQ S+-mètre, mesure et précision de la valeur trouvée

¾ Description du pH-mètre

Un pH-

séparées. La tension U qui apparaît aux bornes de la sonde plongée dans une solution est une fonction affine du

pH = A B.pH Il est donc nécessaire le pH-mètre avant toute mesure.

¾ Etalonnage du pH-mètre

pH connu .

¾ Mesure du pH

distillée, puis plongée dans la solution étudiée. Après agitation et stabilisation de la mesure, la valeur du pH est relevée.

¾ Incertitude des mesures de pH

ouvent donnée avec un chiffre après la virgule.

Exemple :

Le pH du jus de citron est de 2,1.

¾ Incertitude sur la valeur de la concentration en ions oxonium

La concentration en ions oxonium obtenue par la relation [H3O+] = 10-pH sera donnée avec au plus deux chiffres

significatifs lorsque le pH est donné avec un chiffre significatif après la virgule. Cette règle reste valable si le

pH est supérieur à 10 et donné avec trois chiffres significatifs.

Exemples :

[H3O+] (en mol.L-1) 1,0.10-3 2,0.10-3 1,0.10-4 1,0.10-5 1,0.10-12 pH

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 3 sur 10 Réaction chimique par échange de proton

III TRANSFORMATIONS TOTALES ET LIMITEES

totales.

Remarque :

Quand on ne sait pas a priori si une transformation est totale ou limitée, on utilise le signe ֖

la réaction.

IV FORCE DES ACIDES ET DES BASES

1) Mise en évidence expérimentale

a) Expérience

9 -2 mol.L-1 : pHAC 2,0

9 concentration : pHAE 3,0

Les deux solutions possèdent un volume V = 1L

b) Interprétation

Acide chlorhydrique :

État Avancement (mol) Quantités de matière (mol)

Initial

Final

9 Qinitiale :

9 Qonium présents dans la solution :

9 Quantité :

9 Conclusion :

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 4 sur 10 Réaction chimique par échange de proton

Acide éthanoïque :

État Avancement (mol) Quantités de matière (mol)

Initial

Final

9 Qinitiale

9 Qonium présents dans la solution :

9 :

9 Conclusion :

2) Acides forts, bases fortes

a) Définitions

Exemples :

La soude NaOH est une base forte : ܪܱܽܰ b) IH S+ G·XQH VROXPLRQ G·MŃLGH IRUP de concentration notée c

État Avancement

(mol)

Quantités de matière

(mol)

Initial 0 n =c.V Excès 0 0

Final xf 0 excès xf xf

9 :

9 La concentration en ions oxonium est :

9 :

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 5 sur 10 Réaction chimique par échange de proton c) IH S+ G·XQH VROXPLRQ GH NMVH IRUPH

9 de concentration

notée c :

État Avancement

(mol)

Quantités de matière

(mol)

Initial 0 n = c.V Excès 0 0

Final xf 0 excès xf xf

9 :

9 La concentration en ions hydroxyde est :

9 : solution de base forte de concentration molaire c peut alors être défini par : d) Réaction entre un acide fort et une base forte ¾ Quelle réaction entre un acide fort et une base forte ? contient de nombreuses espèces chimiques : Couple 1 : acide fort A1H / base très faible A1-(aq) A1H est totalement consommé, A1-(aq) est une base très faible donc elle ne peut pas réagir.

3O+ est susceptible de réagir.

Couple 2 : acide très faible B2H+(aq) / base forte B2 B2 est totalement consommée, B2H+(aq) est un acide très faible donc il ne peut pas réagir. -(aq) est susceptible de réagir.

¾ Aspect thermique de la réaction

précaution.

¾ Règles de sécurité

9

9 Puisque la réaction entre un acide fort et une base forte est exothermique, préparer un tel mélange nécessite

9 Il ne faut ja

versées, provoquant une élévation rapide et importante de la température de cette eau et donc sa

vaporisation. Les vapeurs brûleraient alors tout ce qui serait à son contact.

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 6 sur 10 Réaction chimique par échange de proton

3) Acide faible, base faible

a) Définition 9 concentration initiale en acide.

9 Un acide faible a pour base conjuguée une base faible.

9 Une base B est qualifiée de faible

concentration initiale en base.

Exemple :

[H3O+] = 10-pH = 10-7 mol.L-1. re, ne peuvent provenir que des molécules d'eau l existe donc, au sein de

la solution, un échange de protons entre des molécules d'eau des deux couples H3O+(aq)/H2O(l) et H2O(l)/HO-(aq).

b) FRQVPMQPH G·MŃLGLPp G·XQ ŃRXSOH MŃLGR-basique

Remarque :

A.

Exemple :

le couple NH4+(aq) / NH3(aq)

Exemples particuliers :

Cette constante appelée notée Ke au lieu de KA est associée à pKe = 14 un ampholyte, ou caractère amphotère.

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 7 sur 10 Réaction chimique par échange de proton c FRQVPUXŃPLRQ GH O·pŃOHOOH GH S+

9 Une solution aqueuse est neutre si les quantités d'ions oxonium et hydroxyde sont égales :

9 Une solution aqueuse est acide si la quantité d'ions oxonium est supérieure à celle d'ions hydroxyde :

[H3O+] > [HO-]

9 Une solution aqueuse est basique si la quantité d'ions oxonium est inférieure à celle d'ions hydroxyde

[H3O+]éq > [HO-]éq [HO-]éq < 1,0.10-7 mol.L-1 [H3O+]éq > 1,0.10-7 mol.L-1 [H 3O +] = [HO = 1,0.10 -7 mol.L -1 [H3O+]éq < [HO-]éq [H3O+]éq < 1,0.10-7 mol.L-1 [HO-]éq > 1,0.10-7 mol.L-1 pH

Solutions basiques Solutions acides

14 7,0 0

pH < ½ . pKe [H3O+] > [HO- pH > ½ . pKe

Solutions

neutres

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 8 sur 10 Réaction chimique par échange de proton pKA 14

Bases Acides

0

HO- H2O

H2O H3O+

Force croissante

Force croissante

de la base pH au quotidien

Substance

Acide chlorhydrique

Batterie acide

Acide gastrique

Jus de citron

Coca cola

bière café thé

Pluie acide

lait

Eau pure

Salive humaine

sang

Eau de mer

savon ammoniaque

Hydroxyde de

sodium pH approximatif 0 <1,0 2,0 2,4 2,5 3,5 4,5 5,0 5,5 5,6 6,5 7,0 6,5 -7,4 7,3 -7,5 8,0 9,0 -10,0 11,5 14,0 d) FRQVPUXŃPLRQ GH O·pchelle des pKA GMQV O·HMX

Remarque :

Les valeu

des pKA sont celles des pKA des e) Relation entre pH et pKA A :

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 9 sur 10 Réaction chimique par échange de proton f) Domaines de prédominance pour un couple acido-basique quelconque

Une espèce est prédominante devant une autre espèce si sa concentration dans la solution est supérieure à celle

de cette autre espèce.

9 La forme acide A prédomine sur la forme basique B si [A]éq > [B]éq

9 La forme basique B prédomine sur la forme acide A si [B]éq > [A]éq

9 éq = [A]éq

9 Tracé du diagramme de prédominance :

V APPLICATION A QUELQUES FAMILLES DE COUPLES ACIDO-BASIQUES

FAIBLES

Un acide-aminé possède au moins deux groupes caractéristiques présentant des propriétés acido-

basiques : un groupe carboxyle COOH et amine NH2 selon la formule générale suivante: -aminé, étudions celui des espèces chimiques possédant un seul de ces deux groupes.

1) Acide carboxylique

Les acides carboxyliques sont en général des acides faibles. Leur base faible conjuguée, appelées ion

Le pKA du couple acide carboxylique/ion carboxylate est en général compris entre 2 et 5 Le diagramme de prédominance du couple R-CO2H /

Exemples :

Acide carboxylique

Acide méthanoïque

H-CO2H

Acide éthanoïque

CH3-CO2H

Acide benzoïque

C6H5-CO2H

Acide lactique

CH3-CH(OH)-CO2H

pKA 3,8 4,8 4,2 3,9

0 7,0 pKA1 14 pKA

R COOH R COO-(aq)

pH

Domaine de prédominance

de la forme acide A [A]éq > [B]éq pKA

Domaine de prédominance

de la forme basique B [B]éq > [A]éq pH = pKA [A]éq = [B]éq CCOOH NH2 R H

Chimie Chapitre 1 : Réactions acido-basiques

COMPRENDRE Page 10 sur 10 Réaction chimique par échange de proton CCOOH NH2 R H

2) Amine

-NH2 est appelé ion ammonium 2

Fଷ>. Le couple ion ammonium/amine est

en général un couple acide faible/ base faible dont le pKA est compris entre 9 et 10.

Le diagramme de prédominance du couple 2

Fଷ>ȀR-NH2 est :

Exemples :

Amine Méthylamine CH3-NH2 Diméthylamine (CH3)NH Triméthylamine (CH3)3N pKa 10,6 10,8 9,8

3) Acide -aminés

Les acides aminés ont pour formule générale : Les propriétés acido--aminé sont dues au groupe :

9 carboxylique : couple R-CO2H / 4

9 amino :couple 2

Fଷ>ȀR-NH2 avec un pKa2 proche de 10

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