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Chimie · Prépa concours post-bac — CPGE (dossier & entretien)

Réactions acido-basiques en solution aqueuse

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Définition de Brönsted : Un acide est une espèce capable de céder un proton $H^+$. Une base est capable d'en capter un.
  • Produit ionique de l'eau : $K_e = [H_3O^+][HO^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
  • Constante d'acidité $K_a$ : Pour le couple $AH/A^-$, $K_a = \frac{[A^-]{éq}[H_3O^+]{éq}}{[AH]_{éq}}$. On définit $pK_a = -\log(K_a)$.
  • Relation pH-pKa : $pH = pK_a + \log\left(\frac{[A^-]}{[AH]}\right)$.
  • Taux d'avancement $\tau$ : $\tau = \frac{x_{éq}}{x_{max}}$. Pour un acide faible, $\tau = \frac{[H_3O^+]_{éq}}{C}$.

Méthodes à maîtriser

  • Calcul du pH :
    • Acide fort : $pH = -\log(C)$.
    • Base forte : $pH = 14 + \log(C)$.
    • Acide faible : $pH = \frac{1}{2}(pK_a - \log C)$.
  • Détermination de l'équivalence : Utiliser la relation à l'équivalence $C_a V_a = C_b V_b$ (pour un dosage acide-base simple).

Exemples corrigés

  • Exemple 1 : Solution d'acide éthanoïque à $10^{-2}$ mol/L ($pK_a = 4,8$). $pH = \frac{1}{2}(4,8 - \log(10^{-2})) = \frac{1}{2}(4,8 + 2) = 3,4$.
  • Exemple 2 : Équivalence. Dosage de 10 mL d'acide par 5 mL de base de même concentration. On en déduit la stoechiométrie.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que $K_e$ dépend de la température.
  • Confondre $x_{max}$ (théorique) et $x_{éq}$ (réel).
  • Ne pas vérifier l'approximation $[H_3O^+] \approx [A^-]$ pour les acides faibles.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Réactions acido-basiques en solution aqueuse

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Quelle est la valeur de $K_e$ à 25°C ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre un acide fort et un acide faible ?
  1. Un acide fort réagit totalement avec l'eau : $AH + H_2O \rightarrow A^- + H_3O^+$. Son taux d'avancement $\tau = 1$.
  2. Un acide faible réagit partiellement : $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$. Son taux d'avancement $\tau < 1$.

💡 À retenir : La force d'un acide dépend de sa capacité à libérer des protons en solution.

Kifach n7seb pH dyal chi solution d'acide faible?
  1. Écris l'équation de la réaction avec l'eau.
  2. Fais le tableau d'avancement.
  3. Utilise l'expression de $K_a$ et l'approximation $[H_3O^+] \approx [A^-]$.
  4. Applique la formule $pH = \frac{1}{2}(pK_a - \log C)$.

💡 À retenir : Cette formule n'est valable que si l'acide est peu dissocié ($\tau < 0,1$).

Est-ce que le pH dépend de la concentration ?

Oui, pour un acide ou une base, plus la solution est diluée, plus le pH se rapproche de 7.

💡 À retenir : Pour un acide fort, $pH = -\log(C)$, donc si $C$ diminue, $pH$ augmente.

Chno hiya l'equivalence f'tadawoj (titrage) ?

C'est l'état du système où les réactifs ont été mélangés dans les proportions stoechiométriques. Il n'y a plus de réactif limitant.

💡 À retenir : À l'équivalence, le changement de couleur de l'indicateur coloré permet de repérer le point final.

Comment choisir un indicateur coloré pour un dosage ?

Il faut que le pH à l'équivalence ($pH_E$) soit compris dans la zone de virage de l'indicateur coloré.

💡 À retenir : La zone de virage doit encadrer le saut de pH.

Kifach n3ref wach l'acide ghadi yf3al koliya wla la ?

Tu calcules le taux d'avancement $\tau = \frac{[H_3O^+]_{éq}}{C}$. Si $\tau = 1$, c'est total. Si $\tau < 1$, c'est limité.

💡 À retenir : La valeur de $K_a$ ou $pK_a$ donne aussi une indication : plus $pK_a$ est faible, plus l'acide est fort.

Pourquoi le pH de l'eau pure est 7 à 25°C ?

Parce que $K_e = [H_3O^+][HO^-] = 10^{-14}$. Dans l'eau pure, $[H_3O^+] = [HO^-]$, donc $[H_3O^+]^2 = 10^{-14}$, d'où $[H_3O^+] = 10^{-7}$.

💡 À retenir : $pH = -\log(10^{-7}) = 7$.

Est-ce que Ka change si on ajoute de l'eau ?

Non, $K_a$ est une constante d'équilibre qui ne dépend que de la température.

💡 À retenir : La dilution modifie les concentrations, mais pas la valeur de $K_a$.

Qu'est-ce qu'un ampholyte ?

C'est une espèce qui peut agir comme un acide dans un couple et comme une base dans un autre (ex: $HCO_3^-$).

💡 À retenir : L'eau est l'ampholyte le plus courant.

Comment calculer le pH d'un mélange d'acide et de base ?

Il faut utiliser la relation $pH = pK_a + \log\left(\frac{[Base]}{[Acide]}\right)$.

💡 À retenir : C'est la relation de Henderson-Hasselbalch, très utile pour les solutions tampons.

Est-ce que le pH peut être négatif ?

Oui, si la concentration en ions $H_3O^+$ est supérieure à 1 mol/L, le pH devient négatif.

💡 À retenir : C'est possible pour des acides très concentrés.

Quelle est la différence entre Ka et pKa ?

$K_a$ est la constante d'acidité (sans unité), $pK_a = -\log(K_a)$.

💡 À retenir : Plus $pK_a$ est petit, plus l'acide est fort.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On dispose d'une solution d'acide méthanoïque $HCOOH$ de concentration $C = 10^{-2}$ mol/L. Le pH mesuré est 2,9.

  1. Écrire l'équation de la réaction.
  2. Calculer le taux d'avancement $\tau$.
  3. Calculer la constante d'acidité $K_a$ du couple $HCOOH/HCOO^-$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

On dose 20 mL d'une solution d'ammoniac $NH_3$ ($C_b = 0,1$ mol/L) par une solution d'acide chlorhydrique ($C_a = 0,1$ mol/L).

  1. Écrire l'équation de la réaction de dosage.
  2. Calculer le volume d'acide versé à l'équivalence $V_{aE}$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Une solution d'acide faible a un $pK_a = 4,75$. Calculer le pH d'une solution de cet acide à $C = 0,1$ mol/L. Vérifier l'hypothèse de dissociation.

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