Réaction acido basique
LE PH ET LA RÉACTION ACIDO BASIQUE
1) Le pH
Définition : Le pH d'une solution aqueuse est liée à la valeur de la concentration en ion oxonium [H3O+] exprimée en mol/L
Remarque : Cette relation n'est valable que [H3O+] < 10^-1 mol/L (on considère qu'en classe de terminale ce sera toujours le cas)
Mesure : Selon la précision désirée, la mesure de pH se fait avec un papier indicateur de pH ou un pH-mètre (à raison de 2 chiffres significatifs)
Après avoir étalonné le pH-mètre, introduire la sonde dans la solution et placée sous agitation lente. Une fois la valeur stabilisée, le pH est lu sur le boîtier électronique.
Calcul de la concentration à partir du pH :
La précision des appareils courants et de ± 0,1 unité de pH.
En raison de l'incertitude de la mesure, la concentration en ion oxonium [H3O+] calculée à partir d'une mesure de pH, sera donnée avec deux chiffres significatifs au maximum
2) Le produit ionique de l'eau
L'autoprotolyse (= la capacité à s'auto-échanger un proton) de l'eau : L'eau pure a un pH = 7 à une température de 25°C. L'eau, même pure, contient donc des ions oxonium à une concentration égale à [H3O+] = 1,0.10^-7 mol/L à 25°C.
Ces ions proviennent d'une réaction entre les molécules d'eau appelée autoprotolyse qui correspond à un transfert d'ion hydrogène (ou proton) entre deux molécules d'eau.
C'est une réaction limitée qui se produit dans toute solution aqueuse.
En raison de la réaction d'autoprotolyse de l'eau, des ions oxonium H3O+ et hydroxyde HO- sont présents dans toute solution aqueuse, en différente proportion.
Définition du produit ionique de l'eau : Le produit ionique de l'eau Ke est égal au produit des valeurs de concentrations en ions oxonium et hydroxyde à l'état final. Il est constant et on le note Ke
Ke s'exprime sans unité
Pour toute solution aqueuse à 25°C :
(sa valeur peut varier en fonction de la température, si la température augmente, la veut de Ke augmente aussi et inversement)
Une solution acide se caractérise par :
Une solution basique se caractérise par :
3) La théorie de Brönsted
Selon la théorie de Brönsted :
un acide = entité chimique susceptible de perdre un ou plusieurs ions hydrogène H+ (ou proton)
une base = entité chimique susceptible de capter un ou plusieurs ions hydrogène H+ (ou proton)
Une réaction acido-basique résulte d'un transfert d'un ion hydrogène H+ d'un acide vers une base.
Acide ⇄ H+ + base
Base + H+ ⇄ Acide
AH / A-
BH / B-
AH + B- ⇄ A- + BH
Couple acide base : Deux entités chimiques forment un couple acide/base s'il est possible de transformer l'une en l'autre par perte ou gain du'n seul ion hydrogène
exemple : CH3 COOH / CH3 COO- ou NH4+ / NH3
Les deux entités du couple sont alors dites conjuguées
Certaines espèces peuvent se comporter en acide ou en base, ce sont des ampholytes, elles appartiennent donc à plusieurs couple acide/base soit sous la forme de l'acide, soit sous celle de la base.
exemple : .La molécule d'eau H2O appartient aux couples H3O+/H2O (acide) et H2O/HO- (base)
Équation chimique de la réaction : Deux couples acide/base interviennent au cours d'une réaction acido-basique. L'ion H+ cédé par un acide AH est capté par la base B d'un autre couple : AH + B- ⇄ A- + BH
Exemple réaction acido-basique : Le chlorure d'hydrogène est dissous dans l'eau puis réagit avec elle pour former une solution d'acide chlorhydrique. Comment interpréter la réaction grâce à la théorie de Brönsted ?
https://youtu.be/2FfLR5kqKys
Dans un flacon fermé rempli de chlorure d'hydrogène gazeux, on insère un tube contenant quelques gouttes d'eau. L'autre extrémité du tube est immergée dans un cristallisoir contenant de l'eau distillée et de l'hélianthine. À température ambiante, le chlorure d'hydrogène Hal est un gaz très soluble dans l'eau. L'eau du cristallisoir est aspirée dans le flacon et forme un jet. Une solution acide est recueillie dans le flacon. Un test de mise en évidence des ions chlorures est effectué sur l'eau distillée et sur une solution (fabriquée sans hélianthine) recueillie dans le flacon.
Remarques : L'expérience du jet d'eau est faite en présence d'hélianthine. Cet indicateur coloré colore le milieu en rouge si le pH est inférieur à 3,1 et en jaune s'il est supérieur à 4,4.
Le résultat du test au nitrate d'argent est positif s'il y a formation d'un précipité blanc qui noircit à la lumière, il traduit la présence d'ions chlorure Cl-
1- Comment le pH de la solution aspirée dans le flacon évolue-t-il ? Quelle espèce, se formant au cours de la réaction, explique cette évolution ?
Il a fortement chuté car il y a eu formation d'ions H3O+
2 - Interpréter le résultat du test au nitrate d'argent
Il y a eu formation d'un précipité blanc qui noircit à la lumière, il témoigne de la présence d'ions chlorures Cl-
3 - En déduire l'équation de la réaction qui se produit entre le chlorure d'hydrogène Hal et l'eau
HCl + H2O → H3O+ + Cl-
4 - Selon la théorie de Brönsted, identifier le réactif donneur d'ions H+ et le réactif récepteur d'ions H+ au cours de l'expérience. Qui est l'acide ? Qui est la base ?
Donneur : HCl
Recepteur : H2O
Acide : HCl
Base : H2O
II - Force des acides et des bases
Réaction totale et limitée
Lorsque le réactif limitant est entièrement consommé à l'état final, la réaction est dite totale son symbole est une flèche →
Lorsque le réactif limitant est encore présent à l'état final, la réaction est dite partielle ou limitée et son symbole est une double flèche. Cette double flèche traduit un équilibre où les réactifs et les produits coexistent à l'état final
Si le réactif A est limitant et que son nombre stoechiométrique dans l'équation de réaction ajustée est a, l'avancement maximal Xmax est donné par Xmax = ni (A)/a
Pour une réaction totale, Xf = Xmax
Pour une réaction limitée, Xf < Xmax
Fort et faible
Un acide AH est dit fort si toutes les entités introduites dans l'eau se dissocient en libérant un ion hydrogène H+
La réaction avec l'eau est totale : AH + H2O → A- + H3O+
Un acide AH est dit faible si une partie seulement des entités introduites dans l'eau se dissocient en en libérant un ion hydrogène H+
La réaction avec l'eau est limitée : AH + H2O = A- + H3O+
La détermination expérimentale de la force de l'acide se fait par mesure du pH de la solution d'acide de concentration molaire c, qui permet de calculer la concentration en ions oxoniums [H3O+].
Si [H3O+] = c, l'acide est fort
Si [H3O+] < c, l'acide est faible
Une base B est forte si toutes les entités de la base introduites dans l'eau captent un ion hydrogène H+
La réaction entre la base et l'eau est totale : B + H2O → BH+ + HO-
Une base B est faible si une partie seulement des entités introduites dans l'eau captent un ion hydrogène H+
La réaction entre la base et l'eau est limitée = B + H2O = BH+ + HO-
Si [HO-] = c, la base est forte
Si [HO-] < c, la base est faible
Acides forts et bases fortes
Calcul de pH
Pour des solutions d'acides de concentration molaire c comprise entre 10^-1 et 10^-6 mol/L, le pH d'une solution d'acide fort se calcule avec la relation pH = -log(c)
Pour des solutions de bases de concentration molaire c comprise entre 10^-1 et 10^-6 mol/L, le pH d'une solution de base forte se calcule à l'aide de la relation pH = -log (Ke/C)
