Chimie · Écoles d'ingénieurs — EHTP

Équilibres chimiques en solution aqueuse : Acido-basiques

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 Brønsted : Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton $H^+$ . Une base est capable d'en capter un.
Réaction acido-basique : $A_1H + A_2^- \rightleftharpoons A_1^- + A_2H$ .
Produit ionique de l'eau : $K_e = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
Constante d'acidité : Pour $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$ , on a $K_A = \frac{[A^-]_{eq}[H_3O^+]_{eq}}{[AH]_{eq}}$ .
Relation pH-pKa : $pH = pK_A + \log\frac{[A^-]}{[AH]}$ .

Méthodes à maîtriser

Calcul du pH d'une solution d'acide faible : $pH \approx \frac{1}{2}(pK_A - \log C)$ .
Détermination du point d'équivalence par la méthode des tangentes ou dérivée.
Utilisation du diagramme de prédominance : si $pH < pK_A$ , l'acide prédomine.

Exemples corrigés

Calcul de $\tau$ : Pour une solution d'acide éthanoïque à $10^{-2}$ mol/L ( $pK_A=4,8$ ), $pH = 3,4$ . $\tau = \frac{[H_3O^+]}{C} = \frac{10^{-3,4}}{10^{-2}} \approx 0,04$ .
Équivalence : À l'équivalence, $C_A V_A = C_B V_B$ .

Erreurs fréquentes

Oublier que $K_e$ dépend de la température.
Confondre l'état final avec l'état d'équivalence lors d'un titrage.
Utiliser la formule $pH = -\log C$ pour un acide faible (valable uniquement pour un acide fort).

L'essentiel du cours

Définition de Brønsted : Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton $H^+$. Une base est capable d'en capter un.
Réaction acido-basique : $A_1H + A_2^- \rightleftharpoons A_1^- + A_2H$.
Produit ionique de l'eau : $K_e = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
Constante d'acidité : Pour $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$, on a $K_A = \frac{[A^-]{eq}[H_3O^+]{eq}}{[AH]_{eq}}$.
Relation pH-pKa : $pH = pK_A + \log\frac{[A^-]}{[AH]}$.

Méthodes à maîtriser

Calcul du pH d'une solution d'acide faible : $pH \approx \frac{1}{2}(pK_A - \log C)$.
Détermination du point d'équivalence par la méthode des tangentes ou dérivée.
Utilisation du diagramme de prédominance : si $pH < pK_A$, l'acide prédomine.

Exemples corrigés

Calcul de $\tau$ : Pour une solution d'acide éthanoïque à $10^{-2}$ mol/L ($pK_A=4,8$), $pH = 3,4$. $\tau = \frac{[H_3O^+]}{C} = \frac{10^{-3,4}}{10^{-2}} \approx 0,04$.
Équivalence : À l'équivalence, $C_A V_A = C_B V_B$.

Erreurs fréquentes

Oublier que $K_e$ dépend de la température.
Confondre l'état final avec l'état d'équivalence lors d'un titrage.
Utiliser la formule $pH = -\log C$ pour un acide faible (valable uniquement pour un acide fort).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Équilibres chimiques en solution aqueuse : Acido-basiques

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Pour un acide faible, la relation $pH = pK_A + \log\frac{[A^-]}{[AH]}$ est :

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach l'acide fort wla da3if?

Chouf l'qima dyal $\tau$ (tau). Ila kan $\tau = 1$ , l'tfa3ol koli, l'acide fort.
Ila kan $\tau < 1$ , l'tfa3ol mahdod, l'acide da3if.
F l'tmarin, ila 3tawk $pK_A$ , rah l'acide da3if.

💡 À retenir : L'acide fort kayt'ayyon koli f l'ma, l'acide da3if kayt'ayyon chwiya.

Chouf l'qima dyal $\tau$ (tau). Ila kan $\tau = 1$, l'tfa3ol koli, l'acide fort.
Ila kan $\tau < 1$, l'tfa3ol mahdod, l'acide da3if.
F l'tmarin, ila 3tawk $pK_A$, rah l'acide da3if.

💡 À retenir : L'acide fort kayt'ayyon koli f l'ma, l'acide da3if kayt'ayyon chwiya.

Chno hiya l'farq bin l'point d'equivalence o l'point de demi-equivalence?

L'équivalence : l'mowad b tnasob stoechiometrique (n_acide = n_base).
Demi-équivalence : $V_B = V_{BE}/2$ . F had l'hal, $[AH] = [A^-]$ , donc $pH = pK_A$ .

💡 À retenir : Demi-équivalence = $pH = pK_A$ .

L'équivalence : l'mowad b tnasob stoechiometrique (n_acide = n_base).
Demi-équivalence : $V_B = V_{BE}/2$. F had l'hal, $[AH] = [A^-]$, donc $pH = pK_A$.

💡 À retenir : Demi-équivalence = $pH = pK_A$.

Kifach n7seb pH dyal mahloul monaadham (tampon)?

Mhalil monaadhama katkon fiha l'acid o l'base dyalo b trakiz motaqariba.
St3mel l'mo3adala: $pH = pK_A + \log\frac{[base]}{[acide]}$ .

💡 À retenir : L'pH dyal l'tampon kaybqah tqriban constant ila zedna chwiya dyal acid aw base.

Mhalil monaadhama katkon fiha l'acid o l'base dyalo b trakiz motaqariba.
St3mel l'mo3adala: $pH = pK_A + \log\frac{[base]}{[acide]}$.

💡 À retenir : L'pH dyal l'tampon kaybqah tqriban constant ila zedna chwiya dyal acid aw base.

Quelle est la définition d'un ampholyte ?

Un ampholyte est une espèce chimique qui peut se comporter soit comme un acide, soit comme une base selon le milieu. L'exemple classique est l'ion hydrogénocarbonate $HCO_3^-$ .

Un ampholyte est une espèce chimique qui peut se comporter soit comme un acide, soit comme une base selon le milieu. L'exemple classique est l'ion hydrogénocarbonate $HCO_3^-$.

Comment déterminer le pKa graphiquement ?

Sur une courbe de titrage pH-métrique, le pKa est égal au pH à la demi-équivalence ( $V_B = V_{BE}/2$ ).

Sur une courbe de titrage pH-métrique, le pKa est égal au pH à la demi-équivalence ($V_B = V_{BE}/2$).

Pourquoi le pH d'un acide fort est-il égal à -log(C) ?

Car pour un acide fort, la dissociation est totale : $[H_3O^+] = C$ . Comme $pH = -\log[H_3O^+]$ , on obtient $pH = -\log(C)$ .

Car pour un acide fort, la dissociation est totale : $[H_3O^+] = C$. Comme $pH = -\log[H_3O^+]$, on obtient $pH = -\log(C)$.

Le pH dépend-il de la température ?

Oui, car la constante $K_e$ dépend de la température. Si $T$ augmente, $K_e$ augmente, ce qui modifie l'équilibre de l'eau et donc le pH.

Qu'est-ce qu'un indicateur coloré ?

C'est un couple acide-base dont les deux formes ont des couleurs différentes. Il change de couleur dans une zone appelée "zone de virage" centrée autour de son $pK_{In}$ .

C'est un couple acide-base dont les deux formes ont des couleurs différentes. Il change de couleur dans une zone appelée "zone de virage" centrée autour de son $pK_{In}$.

Peut-on titrer un acide très faible par une base très faible ?

Non, le saut de pH à l'équivalence ne serait pas assez net pour être détecté précisément. Il faut un acide ou une base suffisamment fort(e).

Quelle est la relation entre KA et pKA ?

$pK_A = -\log(K_A)$ . Plus le $pK_A$ est petit, plus l'acide est fort.

$pK_A = -\log(K_A)$. Plus le $pK_A$ est petit, plus l'acide est fort.

Pourquoi dit-on que l'eau est un solvant nivelant ?

Parce que tous les acides plus forts que $H_3O^+$ réagissent totalement avec l'eau pour donner $H_3O^+$ . On ne peut donc pas distinguer leur force dans l'eau.

Parce que tous les acides plus forts que $H_3O^+$ réagissent totalement avec l'eau pour donner $H_3O^+$. On ne peut donc pas distinguer leur force dans l'eau.

Quelle est la condition pour qu'une réaction acido-basique soit totale ?

Il faut que la constante d'équilibre $K = \frac{K_{A1}}{K_{A2}}$ soit très grande (généralement $K > 10^4$ ).

Il faut que la constante d'équilibre $K = \frac{K_{A1}}{K_{A2}}$ soit très grande (généralement $K > 10^4$).

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On dispose d'une solution d'acide éthanoïque $CH_3COOH$ de concentration $C = 1,0 \times 10^{-2}$ mol/L. Le pH mesuré est 3,4.

Écrire l'équation de la réaction avec l'eau.
Calculer le taux d'avancement final $\tau$ .
Déterminer la constante d'acidité $K_A$ du couple.

Exercice 1

On dispose d'une solution d'acide éthanoïque $CH_3COOH$ de concentration $C = 1,0 \times 10^{-2}$ mol/L. Le pH mesuré est 3,4.

Écrire l'équation de la réaction avec l'eau.
Calculer le taux d'avancement final $\tau$.
Déterminer la constante d'acidité $K_A$ du couple.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

On titre 20 mL d'une solution d'ammoniac $NH_3$ de concentration $C_B$ par une solution d'acide chlorhydrique de concentration $C_A = 0,1$ mol/L. L'équivalence est atteinte pour $V_A = 15$ mL.

Calculer $C_B$ .
Déterminer le pH à l'équivalence sachant que $pK_A(NH_4^+/NH_3) = 9,2$ .

Exercice 2

On titre 20 mL d'une solution d'ammoniac $NH_3$ de concentration $C_B$ par une solution d'acide chlorhydrique de concentration $C_A = 0,1$ mol/L. L'équivalence est atteinte pour $V_A = 15$ mL.

Calculer $C_B$.
Déterminer le pH à l'équivalence sachant que $pK_A(NH_4^+/NH_3) = 9,2$.

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Exercice 3

Un mélange contient 0,1 mol d'acide acétique et 0,1 mol d'acétate de sodium dans 1L.

Calculer le pH du mélange ( $pK_A = 4,8$ ).
On ajoute 0,01 mol de $HCl$ . Calculer le nouveau pH.

Exercice 3

Un mélange contient 0,1 mol d'acide acétique et 0,1 mol d'acétate de sodium dans 1L.

Calculer le pH du mélange ($pK_A = 4,8$).
On ajoute 0,01 mol de $HCl$. Calculer le nouveau pH.

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