Réactions acide-base — Cours Chimie Bac SMB

Dans le programme du Bac SMB

Coefficient 7 en Bac SMB. Ce chapitre exploite le formalisme Q_r/K sur les couples acide-base : il fournit la relation pH ↔ pK_A ↔ rapport des espèces, centrale pour l'interprétation des dosages qui suivent. Le maniement du logarithme décimal s'appuie sur le cours de Mathématiques (coefficient 9).

À l'épreuve

Identifier des couples acide-base, écrire l'équation d'une réaction acide-base, calculer un pH à partir de K_A (ou l'inverse), utiliser un diagramme de prédominance, et justifier le caractère tampon d'un mélange équimolaire acide/base conjuguée.

Objectifs d'apprentissage

Définir un acide et une base selon Brønsted et identifier les couples HA/A⁻
Relier pH et [H₃O⁺] : pH = −log[H₃O⁺], [H₃O⁺] = 10⁻ᵖᴴ
Définir K_A et pK_A d'un couple acide-base
Exploiter la relation pH = pK_A + log([A⁻]/[AH]) et le diagramme de prédominance
Reconnaître et préparer une solution tampon

Notions clés

Couples acide-base

Selon Brønsted : un acide cède un proton

H^{+}

, une base capte un proton. Ils forment un couple

AH/A^{-}

relié par

AH=A^{-}+H^{+}

. Une réaction acide-base transfère un proton d'un acide vers la base d'un autre couple.

pH et constante d'acidité

pH=-\log[H_3O^{+}]

[H_3O^{+}]=10^{-pH}

. Pour le couple

AH/A^{-}

K_A=\dfrac{[A^{-}][H_3O^{+}]}{[AH]}

pK_A=-\log K_A

. Un acide est d'autant plus fort que

K_A

est grand (et

pK_A

petit).

Prédominance et solution tampon

pH=pK_A+\log\dfrac{[A^{-}]}{[AH]}

. Si

pH<pK_A

AH

prédomine ; si

pH>pK_A

A^{-}

prédomine ; si

pH=pK_A

[AH]=[A^{-}]

. Une solution tampon (

[AH]\approx[A^{-}]

pH\approx pK_A

) modère les variations de pH par ajout modéré d'acide, de base ou d'eau.

Erreurs fréquentes

Oublier de tenir compte du volume total après mélange dans le calcul des concentrations.

Confondre acide fort (τ = 1, totalement dissocié) et acide concentré (grande valeur de C).

Utiliser pH = pK_A + log([AH]/[A⁻]) : c'est log([base]/[acide]) = log([A⁻]/[AH]).

Exemple corrigé

Énoncé

On mélange

50\ \text{mL}

d'acide méthanoïque

HCOOH

0{,}10\ \text{mol/L}

50\ \text{mL}

de méthanoate de sodium

HCOONa

0{,}10\ \text{mol/L}

(

pK_A(HCOOH/HCOO^{-})=3{,}8

). Calculer le pH du mélange.

Correction

Quantités après mélange.

n(HCOOH)=n(HCOO^{-})=0{,}050\times0{,}10=5{,}0\times10^{-3}\ \text{mol}

dans

V=100\ \text{mL}

Concentrations.

[HCOOH]=[HCOO^{-}]=5{,}0\times10^{-2}\ \text{mol/L}

pH.

pH=pK_A+\log\dfrac{[HCOO^{-}]}{[HCOOH]}=3{,}8+\log(1)=3{,}8

Nature.

[AH]=[A^{-}]

: c'est une solution tampon de pH

=pK_A=3{,}8

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3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Le pH d'une solution est de

2{,}5

25\,^\circ\text{C}

. Calculer

[H_3O^{+}]

Voir la correction

[H_3O^{+}]=10^{-2{,}5}\approx 3{,}2\times10^{-3}\ \text{mol/L}

Exercice 2

Moyen

Pour le couple

NH_4^{+}/NH_3

pK_A=9{,}2

. À

pH=8{,}0

, quelle espèce prédomine ?

Voir la correction

pH=8{,}0<pK_A=9{,}2

: la forme acide

NH_4^{+}

prédomine.

Exercice 3

Difficile

On veut préparer un tampon de

pH=5{,}0

avec le couple acide éthanoïque / éthanoate (

pK_A=4{,}8

). Quel rapport

\dfrac{[CH_3COO^{-}]}{[CH_3COOH]}

faut-il réaliser ?

Voir la correction

pH=pK_A+\log\dfrac{[CH_3COO^{-}]}{[CH_3COOH]}\Rightarrow \log\dfrac{[CH_3COO^{-}]}{[CH_3COOH]}=5{,}0-4{,}8=0{,}2

, donc

\dfrac{[CH_3COO^{-}]}{[CH_3COOH]}=10^{0{,}2}\approx 1{,}6

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Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'un couple acide-base selon Brønsted ?

Deux espèces qui se déduisent l'une de l'autre par échange d'un proton H⁺ : l'acide (donneur) et sa base conjuguée (accepteur), notés AH/A⁻ et reliés par AH = A⁻ + H⁺.

Comment prévoir l'espèce prédominante d'un couple ?

En comparant le pH au pK_A : si pH < pK_A, la forme acide AH prédomine ; si pH > pK_A, la forme basique A⁻ prédomine ; à pH = pK_A, les deux ont la même concentration.

Qu'est-ce qu'une solution tampon ?

Un mélange d'un acide faible et de sa base conjuguée en proportions voisines : son pH, proche du pK_A, varie peu lorsqu'on ajoute une quantité modérée d'acide, de base ou d'eau.