chimie 2 reactions acido-basiques

Equilibres acido-basiques MPSI

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Equilibres acido-basiques

I. Dfinitions

A. Couple acide base

Daprs la dfinition de Brnsted et Lowry (1923),

Un acide est toute espce susceptible de librer un proton . Une base est toute espce susceptible de capter un proton .

A chaque acide on peut donc associer sa base conjugue et rciproquement :

+ Exemple : + Lensemble des deux espces / est appele couple acido-basique. On appelle polyacide un acide susceptible de librer plusieurs protons (Exemple : ). On appelle ampholyte une espce possdant la fois des proprits acides et basiques

(Exemples : , ). B. Couples de leau

Leau est un ampholyte et intervient donc dans deux couples acido-basiques :

/ correspondant la demi-quation + / correspondant la demi-quation +

En combinant ces deux demi-quations, on obtient la raction dautoprotolyse de leau,

cest--dire celle pour laquelle leau en tant quacide dun couple ragit avec leau en tant

que base dun autre :

+ Sa constante dquilibre vaut 10 25 C et est appel produit ionique de leau.

= !" !" = #$#% Remarques :

Lion est appel ion hydroxyde et lion ion oxonium Les concentrations intervenant dans le produit ionique de leau sont toujours

lquilibre.


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On note &'( = *+,'( C. pH

On dfinit le & (potentiel hydrogne) dune solution par : - = ./0!"

Remarque : il sagit dun logarithme dcimal et non nprien.

Une solution est dite :

Neutre si !" = !" donc si !" = 10 donc !" = 101 donc & = 7. Acide si !" > !" donc si !" > 10 donc !" > 101 donc & < 7. Basique si !" < !" donc si !" < 10 donc !" < 101 donc & > 7.

II. Ractions acido-basiques

A. Dfinition

Une raction acido-basique est une raction entre lacide dun couple et la base dun autre.

Exemples :

+ + + 5 + 5 correspond bien une quation-bilan et non une demi-

quation.

B. Constante dacidit

Soit un couple acido-basique not 7/8. Considrons la raction de lacide 7 avec leau qui scrit :

+ 7 + 8 La constante dquilibre de cette raction est appele constante dacidit et note '9. A lquilibre, nous avons vu que '9 = :;(< donc

'9 = !" !8"

!7" Remarque : la constante dacidit est une grandeur sans dimension puisque, comme nous

lavons vu au chapitre prcdent, ce sont les activits qui interviennent dans cette


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expression, ce qui signifie que = = 1 >+*. @ et lactivit de leau (qui vaut 1 en tant que solvant) sont sous-entendues.

Dans les tables, on trouvera souvent :

&'9 = *+,'9 Remarque : donc '9 = 10ABC . A lquilibre, '9 = !DEFG" !H"!I" . Donc *+,'9 = *+, J!DEFG" !H"!I" K = *+,!" + *+, J!H"!I"K. Donc &'9 = & + *+, J!H"!I"K

& = &'9 + *+, L!8"!7"M Remarque : cette relation est valable uniquement avec les concentrations lquilibre.

C. Constantes dacidit des couples de leau

Pour le couple / , lquation scrit + + . On en dduit que, lquilibre, '9 = 1 et donc -N/ = $ Pour le couple / , lquation scrit + + . On en dduit que, lquilibre, '9 = '( et donc -N/ = - .

III. Force des acides et des bases

Soient deux couples acido-basiques nots 7/8 (de constante dacidit '9) et 7/8 (de constante dacidit '9). Intressons nous la raction de lacide 7 avec la base 8 afin de dterminer son sens suivant les valeurs des constantes dacidit.

7 + 8 8 + 7 Sa constante dquilibre, note ' peut scrie, lquilibre :


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' = !8" !7"!7" !8" =!8" !" !7"!7" !8" !" =

'9'9 Nous avons vu au chapitre prcdent que la raction se droulerait plutt dans le sens

direct (cest--dire que lacide 7ragit bien avec la base 8) si ' > 1 donc si '9 > '9 (ou encore &'9 < &'9). Dans ce cas, on dit que lacide 7 est plus fort que lacide 7 (ou que la base 8 est plus forte que la base 8), cest--dire que la raction entre lacide 7et la base 8 se fera bien ). Plus lcart entre les &'9 est important plus la raction se fait bien dans le sens direct.

Par ailleurs, on appelle acide fort un acide totalement dissoci en solution aqueuse

et un acide faible un acide partiellement dissoci en solution. (De mme pour les

bases)

Exemples :

Acides faibles : acide actique ; ion ammonium, 5. Acides forts : acide chlorhydrique P9 !V".


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Soit un couple acido-basique 7/8. Le diagramme de prdominance est la reprsentation, en fonction du & de lespce prdominante du couple.

Lacide est prdominant si !7" > !8" Donc si

!I"!H" > 1

Donc si *+, J!I"!H"K > 0 ou *+, J!H"!I"K < 0 Donc si &'9 + *+, J!H"!I"K < &'9 Donc si & < &'9. On peut procder de la mme manire pour le domaine de prdominance de la base.

On aboutit alors au diagramme suivant :

V. Mthode de calcul dun - 1. Faire le bilan des espces majoritaires (cest--dire de concentration au moins dix

fois suprieures celles des autres) en solution (eau incluse).

2. Classer sur un axe orient par le &'9 les couples acido-basiques intervenant dans les espces majoritaires.

3. Ecrire la raction entre lacide majoritaire le plus fort (&'9 le plus faible) et la base majoritaire la plus forte (&'9 le plus lev) : elle est appele raction prpondrante.

4. Calculer la constante dquilibre de la raction prpondrante ' : a. Si ' 1 : on peut supposer la raction quasi-totale. b. Si ' 1 : on peut supposer la raction quasi-nulle (absente). c. Si ' 1 : on ne peut faire aucune hypothse a priori.

5. Faire un tableau davancement permettant dexprimer toutes les concentrations en

fonction dune seule variable (lavancement en gnral).

6. Ecrire lquation (ayant pour variable lavancement) dcoulant de lgalit entre la

constante dquilibre et le quotient ractionnel lquilibre en tenant compte des

ventuelles hypothses prcdentes pour simplifier les calculs.


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7. Vrifier les hypothses pour pouvoir conclure (par exemple, si on a suppos la

raction quasi-totale, vrifier que le ractif limitant est bien en concentration

ngligeable par rapport aux autres espces intervenant dans la raction).

Exemple : & dune solution dacide faible Soit une solution dacide actique de concentration = = 1,0. 10 >+*. @. Dterminer le & de la solution 25C. Donnes 25C : &'9/ = 4,8 ; &'( = 14. Commenons par dresser le bilan des espces majoritaires :

Leau ( !) ;

Lacide actique ;

Et cest tout ! Les ions hydroxyde et oxonium ne sont pas majoritaires, tant prsents

dans leau (suppose pure) une concentration de 101 >+*. @ 25C

Lacide le plus fort majoritaire est donc lacide actique et la base la plus forte (la seule

majoritaire en loccurrence) est donc leau. La raction prpondrante scrira donc :

+ + Sa constante dquilibre scrit alors ' = !\DE\FFT" !DEFG"!\DE\FFD" = '9 = 10,1 1. On peut supposer la raction quasi-absente.

Dressons le tableau davancement :

+ + CI 1,0. 10 ] 0 101

CEq 1,0. 10 ](< ] ](< 101 + ](< ' = 1 donc on peut supposer la raction quasi-nulle et, donc, ](< 1,0. 10 et donc !" 1,0. 10 >+*. @. Par ailleurs, comme nous dissolvons un acide dans leau, on peut supposer que le & lquilibre sera infrieur 6 et donc que !" 101 >+*. @ et donc que !" = ](


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' = !" !"!" =](+*. @. Les deux hypothses (](< 1,0. 10 et ](< 101) sont donc vrifies. Donc !" = `'9 = Donc *+, = *+,P`'9 =R = *+,'9 = = P*+,= + *+,'9R Donc & = *+,= &'9 Donc & = P&'9 *+,=R Donc & = 3,4


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Acides et bases courants

Nom Formule Proprits

1 Acide chlorhydrique HCl Acide fort 2 Acide nitrique HNO3 Acide fort

Ion nitrate 3NO Ion spectateur 3 Soude (hydroxyde de sodium) NaOH Base forte 4 Potasse (hydroxyde de potassium) KOH Base forte 5 Acide nitreux HNO2 Acide faible

Ion nitrite 2NO Base faible 6 Ion ammonium +4NH Acide faible

Ammoniaque NH3 Base faible 7 Acide actique (thanoque) CH3COOH Acide faible

Ion actate CH3COO- Base faible 8 Acide mthanoque (formique) HCOOH Acide faible

Ion mthanoate HCOO- Base faible 9 Acide carbonique H2CO3 (CO2 dissous) Acide faible

Ion hydrognocarbonate 3HCO Ampholyte

Ion carbonate 23CO Base faible 10 Acide sulfurique H2SO4 Acide fort

Ion hydrognosulfate 4HSO Acide faible

Ion sulfate 24SO Base faible 11 Acide sulfureux H2SO3 Acide faible

Ion hydrognosulfite 3HSO Ampholyte

Ion sulfite 23SO Base faible 12 Acide sulfhydrique H2S Acide faible

Ion hydrognosulfure HS- Ampholyte

Ion sulfure S2- Base faible 13 Acide phosphorique H3PO4 Acide faible

Ion dihydrognophosphate 42 POH Ampholyte

Ion hydrognophosphate 24HPO Ampholyte

Ion phosphate 34PO Base faible


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Table des matires

I. Dfinitions ............................................................................................................................ 1

A. Couple acide base ....................................................................................................... 1

B. Couples de leau ............................................................................................................. 1

C. pH ................................................................................................................................... 2

II. Ractions acido-basiques .................................................................................................. 2

A. Dfinition ....................................................................................................................... 2

B. Constante dacidit ........................................................................................................ 2

C. Constantes dacidit des couples de leau ..................................................................... 3

III. Force des acides et des bases............................................................................................ 3

IV. Diagramme de prdominance .......................................................................................... 4

V. Mthode de calcul dun - ............................................................................................... 5

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