Réactions acide-base — Cours Chimie Bac SVT

Dans le programme du Bac SVT

Coefficient 5 en Bac SVT, derrière les Mathématiques et la SVT (coefficient 7). Le bloc chimie (cinétique, équilibres, acide-base, oxydoréduction, estérification) est commun aux filières expérimentales ; la transformation forcée (électrolyse) et le contrôle de l'évolution ne sont pas au programme SVT. Ce chapitre systématise l'acide-base et prépare le dosage acido-basique.

À l'épreuve

Calcul de $\text{pH}$, de $[\text{H}_3\text{O}^{+}]$ et $[\text{HO}^{-}]$ (via $K_e$), identification d'un couple acide/base, comparaison acide fort / acide faible, utilisation de $\text{pH}=\text{p}K_A+\log\dfrac{[\text{A}^{-}]}{[\text{AH}]}$ et notion de solution tampon.

Objectifs d'apprentissage

Identifier un couple acide/base et écrire une réaction acide-base
Utiliser K_e = [H₃O⁺]·[HO⁻] = 10⁻¹⁴ (à 25 °C)
Relier pH et [H₃O⁺] : pH = −log[H₃O⁺]
Distinguer acide fort (réaction totale) et acide faible (limitée)
Utiliser pH = pK_A + log([A⁻]/[AH]) et reconnaître une solution tampon

Notions clés

Couples et produit ionique de l'eau

Couple acide/base :

\text{AH}/\text{A}^{-}

(

\text{AH}\rightleftharpoons \text{A}^{-}+\text{H}^{+}

). Autoprotolyse de l'eau :

K_e=[\text{H}_3\text{O}^{+}][\text{HO}^{-}]=1{,}0\times 10^{-14}

25\ ^{\circ}\text{C}

(

\text{p}K_e=14

pH et force d'un acide

\text{pH}=-\log[\text{H}_3\text{O}^{+}]

[\text{H}_3\text{O}^{+}]=10^{-\text{pH}}

. Acide fort : totalement dissocié (

[\text{H}_3\text{O}^{+}]=c

). Acide faible : partiellement dissocié (

[\text{H}_3\text{O}^{+}]<c

Constante d'acidité

K_A=\dfrac{[\text{A}^{-}][\text{H}_3\text{O}^{+}]}{[\text{AH}]}

\text{p}K_A=-\log K_A

. D'où

\text{pH}=\text{p}K_A+\log\dfrac{[\text{A}^{-}]}{[\text{AH}]}

. Une solution tampon (

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

\text{pH}\approx\text{p}K_A

) résiste aux ajouts modérés d'acide ou de base.

Diagrammes de prédominance et de distribution

Pour un couple acide/base

AH/A^-

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

. Si

pH < pK_A

, l'acide

AH

prédomine ; si

pH > pK_A

, la base

A^-

prédomine ; à

pH = pK_A

, les deux formes sont en concentrations égales. Le diagramme de prédominance résume cela sur un axe des pH coupé en

pK_A

. Le diagramme de distribution trace les pourcentages de

AH

et de

A^-

en fonction du pH : les deux courbes se croisent à 50 % pour

pH = pK_A

. C'est ce qui explique la zone de virage d'un indicateur coloré, d'environ

pK_A \pm 1

Erreurs fréquentes

Oublier que [H₃O⁺] et [HO⁻] sont liés par K_e (une solution basique contient toujours des ions H₃O⁺).

Traiter un acide faible comme un acide fort ([H₃O⁺] ≠ c).

Se tromper de sens dans pH = pK_A + log([A⁻]/[AH]) (base au numérateur).

Confondre pH et pK_A.

Exemple corrigé

Énoncé

Une solution d'acide chlorhydrique (acide fort) a une concentration

c=5{,}0\times 10^{-3}\ \text{mol/L}

. Calculer son pH et

[\text{HO}^{-}]

(à

25\ ^{\circ}\text{C}

Correction

L'acide fort est totalement dissocié :

[\text{H}_3\text{O}^{+}]=c=5{,}0\times 10^{-3}\ \text{mol/L}

\text{pH}=-\log(5{,}0\times 10^{-3})=3-\log 5\approx 3-0{,}70=2{,}3

[\text{HO}^{-}]=\dfrac{K_e}{[\text{H}_3\text{O}^{+}]}=\dfrac{1{,}0\times 10^{-14}}{5{,}0\times 10^{-3}}=2{,}0\times 10^{-12}\ \text{mol/L}

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3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Calculer le pH d'une solution où

[\text{H}_3\text{O}^{+}]=2{,}0\times 10^{-4}\ \text{mol/L}

Voir la correction

\text{pH}=-\log(2{,}0\times 10^{-4})=4-\log 2\approx 4-0{,}30=3{,}7

Exercice 2

Moyen

Une solution a un pH de

9{,}0

. Calculer

[\text{H}_3\text{O}^{+}]

[\text{HO}^{-}]

, et préciser si elle est acide ou basique.

Voir la correction

[\text{H}_3\text{O}^{+}]=10^{-9{,}0}\ \text{mol/L}

[\text{HO}^{-}]=\dfrac{10^{-14}}{10^{-9}}=10^{-5}\ \text{mol/L}

. Comme

[\text{HO}^{-}]>[\text{H}_3\text{O}^{+}]

, la solution est basique.

Exercice 3

Difficile

Dans une solution tampon acétique,

[\text{CH}_3\text{COO}^{-}]=[\text{CH}_3\text{COOH}]=0{,}10\ \text{mol/L}

\text{p}K_A=4{,}8

. Calculer le pH, puis le nouveau pH si un ajout de base porte le rapport

\dfrac{[\text{A}^{-}]}{[\text{AH}]}

2

Voir la correction

Initialement :

\text{pH}=\text{p}K_A+\log 1=4{,}8

. Après ajout :

\text{pH}=4{,}8+\log 2\approx 4{,}8+0{,}30=5{,}1

. La variation reste faible : c'est l'effet tampon.

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Questions fréquentes

Qu'est-ce qu'un couple acide/base ?

Deux espèces qui se transforment l'une en l'autre par échange d'un proton H⁺ : l'acide AH et sa base conjuguée A⁻ (par exemple CH₃COOH / CH₃COO⁻).

À quoi sert le produit ionique de l'eau ?

K_e = [H₃O⁺]·[HO⁻] = 10⁻¹⁴ à 25 °C : il relie toujours les deux concentrations. Connaître l'une donne l'autre, et permet de classer la solution (acide, neutre, basique).

Quand une solution est-elle un tampon ?

Quand elle contient un acide faible et sa base conjuguée en concentrations comparables : son pH, proche de pK_A, varie peu lors d'ajouts modérés d'acide ou de base, ou par dilution.