1

Transformationschimiquesensolution

aqueuse

Chapitre20SA2:Réactionsacide-base

Cours de chimie de seconde période de PCSI / PC

2

Réactionsensolution

aqueuse

ChapitreSA_1 Acido-basicité

IQUESONTLESACIDESETLESBASES? 41.ACIDEETBASE:DEFINITIONSSELONLATHEORIEDEBRÖNSTEDETLOWRY 42.ACIDESETBASESCONJUGUEES 43.QUELQUESEXEMPLESDECOMPORTEMENTACIDO-BASIQUE:POLYACIDEETPOLYBASE;COMPOSEAMPHOTERE. 5

3.1.ECHANGEDEPROTONENTRELESMOLECULESD’EAU 53.2.ESPECESAMPHOTERES 53.3.POLYACIDESETPOLYBASES 6

4.L’ECHELLEDESPH 64.1.LADEFINITIONDUPHD’UNESOLUTIONAQUEUSE 64.2.QUELQUESVALEURSTYPIQUESDEPHDESOLUTIONSAQUEUSESCOURANTES. 7

5.ACIDESETBASESCOURANTSDULABORATOIREETDELAVIECOURANTE,AUPROGRAMME 7

II–LAREACTIONACIDE/BASE 81.LESACIDESFORTSETLESBASESFORTES 82.LESACIDESFAIBLESETLESBASESFAIBLES:CONSTANTED’ACIDITEASSOCIEE 93.CLASSEMENTDESACIDESETDESBASESSURUNEECHELLEDEPKA 104.PREVISIONDUCARACTERETOTALOUTRESLIMITEDESREACTIONS 11

III.DIAGRAMMEDEPREDOMINANCEDESFORMESACIDEETBASEETDIAGRAMMEDEDISTRIBUTION 121.DIAGRAMMEDEPREDOMINANCE 122.DIAGRAMMEDEDISTRIBUTION 13

IV–ETABLISSEMENTDELACOMPOSITIONDEQUELQUESSOLUTIONS«SIMPLE»;METHODEDELAREACTIONPREPONDERANTE 14

V–LESSOLUTIONSTAMPON 171.PROPRIETESETDEFINITION 19

LePlanducours

3

2.EXEMPLES 193.PREPARATION 20

VI–LESTITRAGESACIDO-BASIQUES 21

Dansleprogramme:

L’eau!

Eau, tu n’as ni goût, ni couleur, ni arôme, on nepeut tedéfinir,on tegoûte, sans teconnaître.Tun’espasnécessaireàlavie:tueslavie.

A.deSaintExupéry,Terredeshommes

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��1 – Réactions d’oxydo-réduction

Notions et contenus Capacités exigibles Oxydants et réducteurs 1RPEUH�G¶R[\GDWLRQ� ([HPSOHV�XVXHOV���QRP��QDWXUH�HW�IRUPXOH�GHV�LRQV�WKLRVXOIDWH�� SHUPDQJDQDWH�� GLFKURPDWH��K\SRFKORULWH��GX�SHUR[\GH�G¶K\GURJqQH���3RWHQWLHO� G¶pOHFWURGH�� IRUPXOH� GH� 1HUQVW��pOHFWURGHV�GH�UpIpUHQFH���

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Réactions d’oxydo-réduction $VSHFW�WKHUPRG\QDPLTXH��'LVPXWDWLRQ�HW�PpGLDPXWDWLRQ��

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��2 – Réactions acide-base, de complexation, de précipitation

Notions et contenus Capacités exigibles Réactions acido-basiques �� FRQVWDQWH�G¶DFLGLWp����� GLDJUDPPH�GH�SUpGRPLQDQFH����� H[HPSOHV� XVXHOV� G¶DFLGHV� HW� EDVHV��� QRP��

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S/���Réactions de dissolution ou de précipitation �� FRQVWDQWH�GH� O¶pTXDWLRQ�GH�GLVVROXWLRQ��SURGXLW�

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��1 – Réactions d’oxydo-réduction

Notions et contenus Capacités exigibles Oxydants et réducteurs 1RPEUH�G¶R[\GDWLRQ� ([HPSOHV�XVXHOV���QRP��QDWXUH�HW�IRUPXOH�GHV�LRQV�WKLRVXOIDWH�� SHUPDQJDQDWH�� GLFKURPDWH��K\SRFKORULWH��GX�SHUR[\GH�G¶K\GURJqQH���3RWHQWLHO� G¶pOHFWURGH�� IRUPXOH� GH� 1HUQVW��pOHFWURGHV�GH�UpIpUHQFH���

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��2 – Réactions acide-base, de complexation, de précipitation

Notions et contenus Capacités exigibles Réactions acido-basiques �� FRQVWDQWH�G¶DFLGLWp����� GLDJUDPPH�GH�SUpGRPLQDQFH����� H[HPSOHV� XVXHOV� G¶DFLGHV� HW� EDVHV��� QRP��

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4

IQuesontlesacidesetlesbases?1.Acideetbase:définitionsselonlathéoriedeBrönstedetLowry

En1923,lechimistedanoisJohannesNicolausBRÖNSTED(chimistedanoisnéen1879–morten1947)proposadedéfinirunacideetunebaseainsi:

Un acide est un donneur de proton (ou une espèce capable d’en faire céder un par lesolvant).Unebaseestunaccepteurdeproton

Ces mêmes définitions ont été données indépendamment par le chimiste anglaisThomas Martin LOWRY (chimiste anglais né en 1874 –mort en 1936), et la théoriefondéesurcesdéfinitionsestuniversellementappeléethéoriedeBrönstedetLowry.

Brönsted Lowry

«Unacideestundonneurdeprotonetunebaseunaccepteurdeproton.»

2.Acidesetbasesconjuguées

Labase conjuguéed’unacideest labasequi se forme lorsquecetacide cèdeunproton.L’acideconjuguéd’unebaseestl’acidequiseformelorsquecettebaseaccepteunproton.L’acide AH et la base A- sont des espèces conjuguées. AH et A- constituent un couple acide-base. Exemples :

ESPECE ESPECECONJUGUEEBase–CN

BaseCH3-NH2 AcideHSO4- AcideHCO3- BaseHCO3-

Vocabulaire de la chimie et des matériaux

achiral, -e, adj.♦Domaine : Chimie/Stéréochimie. ♦ Définition : Se dit d’un objet, enparticulier d’une entité moléculaire, superposable à son image dans unmiroir. ♦ Note : « Ch » se prononce [k]. ♦ Voir aussi : chiral, chiralité. ♦ Équivalent étranger : achiral.Source : Journal officiel du 18 avril 2001.

acide de Brønsted♦ Domaine : Chimie. ♦ Définition : Entité moléculaire, ou l’espècechimique correspondante, capable de céder un hydron (proton) endonnant une autre entité ou espèce chimique : la base conjuguée. ♦ Note : On qualifie les acides de ce type de « forts » ou « faibles » selonqu’ils sont complètement ou partiellement dissociés en solutionaqueuse. ♦ Voir aussi : base de Brønsted, hydron. ♦ Équivalentétranger : Brønsted acid, protonic acid.Source : Journal officiel du 8 octobre 2003.

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barrière de rotation♦ Domaine : Chimie/Stéréochimie. ♦ Définition : Différence entre unminimum donné et un maximum voisin de l’énergie potentielle d’uneentité moléculaire dans une modification conformationnelle résultantd’une rotation autour d’une liaison. ♦ Voir aussi : angle de torsion. ♦ Équivalent étranger : rotational barrier.Source : Journal officiel du 18 avril 2001.

base de Brønsted♦ Domaine : Chimie. ♦ Définition : Entité moléculaire, ou l’espècechimique correspondante, capable d’accepter un hydron (proton) endonnant une autre entité ou espèce chimique : l’acide conjugué. ♦ Note : On qualifie les bases de ce type de « fortes » ou « faibles » selonque les acides conjugués sont partiellement ou complètement dissociésen solution aqueuse. ♦ Voir aussi : acide de Brønsted, hydron. ♦ Équivalent étranger : Brønsted base.Source : Journal officiel du 8 octobre 2003.

base de Lewis♦ Domaine : Chimie. ♦ Définition : Entité moléculaire, ou l’espècechimique correspondante, capable de fournir un doublet d’électrons. ♦ Note : Une base de Lewis est donc capable de réagir avec un acide deLewis pour former un adduit par mise en commun du doublet de la base.

14

5

Leprotonn’existepaslibreensolutionaqueuse:ilnepeutêtrequ’échangéentreundonneur et un accepteur; la réaction acide-base implique donc toujours deuxcouplesacide-base.

3.Quelquesexemplesdecomportementacido-basique:polyacideetpolybase;composéamphotère.

3.1.Echangedeprotonentrelesmoléculesd’eauL’eaupeutaccepterunprotonpourdonnerl’ionoxoniumH3O+,maisc’estaussiunacidecapabledecéderunprotonpourdonnerl’ionhydroxydeHO-.

Nousdironsquel’eauestamphiprotique,oubienamphotère.C’estunampholyte.

Équilibred’autoprotolysedel’eau:2H2O(l)=H3O+(aq)+HO-

(aq)D’après les résultats de première période, à cet équilibre est associée une constanted’équilibre,notéeKE,dontl’expressionestdonnéeparlarelationdeGuldbergetWaage:

K! = 𝒂(𝐇𝟑𝐎! 𝐚𝐪 )∗𝒂(𝐇𝐎! 𝐚𝐪 )𝒂𝟐(𝐇𝟐𝐎(𝐥))

= 𝐇𝟑𝐎! 𝐇𝐎!𝒄°𝟐

K! = 𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒊𝒕 𝒊𝒐𝒏𝒊𝒒𝒖𝒆 𝒅𝒆 𝒍!𝒆𝒂𝒖

à25°C,KE=1,0.10-14

KEestune constanted’équilibrequi, comme toute constanted’équilibre,dépendde latempératureT.Ainsi,à25°C,KE=1,0.10-14

Dans le sang, dont la température est celle de l’organisme, soit 37°C, et à cettetempérature:KE=1,9.10-14

Rem:onutilisesouventpKE:pKE=-Log(KE) alors:KE=1,0.10-14pKE=14

3.2.Espècesamphotères Une espèce qui est l’acide d’un couple et la base d’un second couple est une espèceamphotère,ouunampholyte. L’iondihydrogénophosphateH2PO4-estlabaseducoupleH3PO4/H2PO4-etc’estl’acideducoupleH2PO4-/HPO42-.

Réaction d’amphotérisation de l’ion dihydrogénophosphate H2PO4-: identifier le rôleacideoubasedel’ionH2PO4-danscetteréaction:

2H2PO4- = H3PO4+ HPO42-D1 A1A2 D2

6

Autreexemple,cité justeaudessus,celuide l’eau,quiparticipeàdeuxcouplesacide-base:H2OestlabaseducoupleH3O+/H2Oetl’acideducoupleH2O/HO-.

H2OestlabaseducoupleH3O+/H2O:

H2Oestl’acideducoupleH2O/HO-:

3.3.Polyacidesetpolybases

Un polyacide est une espèce capable de céder plusieurs protons. Ainsi, l’acidephosphorique H3PO4 peut céder 3 protons, en impliquant successivement les 3couplessuivants:

H3PO4/H2PO4-:H3PO4=H2PO4-+H+H2PO4-/HPO42-:H2PO4-=HPO42-+H+HPO42-/PO43-:HPO42-=PO43-+H+

De même, une polybase est une espèce susceptible d’accepter plusieurs protons(successivement le plus souvent, parfois simultanément): l’ion phosphate PO43- ci-dessusestunepolybase. 4.L’échelledespH

Dans l’industrie, les laboratoires de recherche par exemple, il est nécessaired’indiquer l’acidité d’une solution. Les concentrations en ion H3O+ peuvent varierénormément,deplusieursordresdegrandeurs:ellespeuventatteindre1mol.L-1danscertainessolutionsetnepasdépasser1.10-14dansd’autres.L’utilisationdeslogarithmesest bien appropriée et bien commode pour préciser l’acidité d’une solution. Cela aconduitàdéfinirlepHd’unesolution.

4.1.LadéfinitiondupHd’unesolutionaqueuse

LepH(«potentielHydrogène»)d’unesolutionaétédéfinien 1909 par le biochimiste danois Sǿrensen, d’abord enfonction de la concentration des ions hydrogène, puisquelquesannéesplustard,enfonctiondeleuractivité:

pH=-Log(aH3O+)

→ dans le cadredenotreétude: solutionaqueusediluéeidéale

pH=-Log([H3O+]/c°)

SorenPeterLauritzSǿrensen1868-1939

7

Remarque: l’électrode indicatricedesionsoxoniumestl’électrodedeverre:voirTP

Rem: on peut aussi définir le pOHd’unesolution:pOH=-Log(aHO-)Onétablitalorssansdifficulté:

pH+pOH=pKE=14,0.(à25°C)

.

4.2.QuelquesvaleurstypiquesdepHdesolutionsaqueusescourantes.VoirFigure14.11ci-dessus5.Acidesetbasescourantsdulaboratoireetdelaviecourante,auprogramme

NOM FORMULEMOLECULAIRE NATUREAcidesulfurique H2SO4 Diacide

PremièreaciditéforteAcidenitrique HNO3 Acidefort

Acidechlorhydrique HCl AcidefortAcidephosphorique H3PO4 Triacide

Premièreaciditéfaibleassezforte

Acideacétique=acideéthanoïque

CH3COOH Acidefaible

Potasse KOH BaseforteSoude NaOH Baseforte

Ammoniac NH3 BasefaibleIonhydrogénocarbonate HCO3- Espèceamphotère

8

II–laréactionacide/base

1.Lesacidesfortsetlesbasesfortes

Lesacidesfortscèdentcomplètementleurprotonacidelorsqu’ilssontdissousdansl’eau.Ainsil’acidefortHA,dansl’eau,seretrouvesouslaformeA-,sabaseconjuguée,etH3O+.OnpeutalorsdirequeA-estunaccepteurdeprotonplusfaiblequel’eau.

Dansunesolutiond’acidefort,leseuldonneurdeproton«survivant»estl’ionH3O+.

Donctouslesacidesfortssecomportentdelamêmefaçondansl’eau:c’estcommes’ilsdonnaient des solutions d’acide H3O+. Tous les acides forts se comportent ainsi, dansl’eau,nousdironsquel’eaunivèlelaforcedesacidesforts.

Nouspouvonsappliquerlemêmeraisonnementauxbasesfortes.

Les bases fortes captent (presque) complètement un proton acide lorsqu’elles sontdissoutesdansl’eau.

Ainsi la base forte A-, dans l’eau, se retrouve sous la forme protonée AH, son acideconjugué,etHO-.OnpeutalorsdirequeAHestundonneurdeprotonplusfaiblequel’eau.

Dansunesolutiondebaseforte,leseulaccepteurdeproton«survivant»estl’ionHO-.

Lorsquenous aurons introduit la constanted’aciditéKAd’un couple acide/base, nousdéfinironsainsiunacidefort:

Un acide fort est un acide dont la réaction d’hydrolyse est totale: l’acide fort AH estentièrementdissociédansl’eau.Unacidefortappartientàuncoupleacide/basepourlequelpKA<0.Labaseconjuguéed’unacidefortestindifférentedansl’eau.Ainsi:

L’acidenitriqueHNO3estunacidefortetl’acidechlorhydriqueestunacidefort:alorsles solutions aqueuses de chacun de ces acides sont équivalentes du point de vueacido/basique: elles contiennent toutes les deux l’ion H3O+ à lamême concentration,aveclabaseNO3-danslepremiercas,etlabaseCl-danslesecond.

Delamêmefaçon,nousdéfinironsunebasefortecommelabased’uncoupleAH/A-telleque:

Unebaseforteestlabased’uncoupletelquepKA>14.L’acideconjuguéd’unebaseforteestindifférentdansl’eau.

Ainsi:

9

L’ion CH3CH2O-, ion alcoolate, base conjuguée de l’éthanol ou NH2-, ion amidure baseconjuguéedel’ammoniacNH3sontdeuxbasesfortes.Laréactiondecesbasesavecl’eauesttotaleetlessolutionsquicontiennentcesbasesfortessontéquivalentesdupointdevue acido-basiques: elles contiennent toutes les deux la base HO- à la mêmeconcentration, et les acides conjugués indifférents dans l’eau; à savoir l’éthanolCH3CH2OH,etNH3.

(unepetiteremarque:l’ammoniacestunacideindifférentdansl’eaumaispasunebaseindifférente:c’estlabasefaibleconjuguéedel’ionammoniumNH4+).

Rem:voirlestablesjointesenannexedecechapitre:enchimieorganique,lesolvantn’estpastoujoursl’eauetlesforcesdesacidesetdesbasesdeviennentrelatives.Ainsi,enchimieorganique, l’ion HO- n’est pas souvent considéré comme une base forte alors que l’ionamidure(pKavoisinde33)enestune.

2.Lesacidesfaiblesetlesbasesfaibles:constanted’aciditéassociée

Lesacidesfaiblesdansl’eaunesontpastotalementhydrolysés:ilsnecèdentqu’unepartiedeleursprotonsacidesàl’eau.Cetéquilibredetransfertdeprotonestcaractériséparsaconstanted’équilibreK°,dontl’expressiondécouledelarelationdeGuldbergetWaage.

Cetteconstanted’équilibreestnotéeKA,c’estlaconstanted’aciditéducoupleAH/A-.KA,commetouteconstanted’équilibre,dépenddelatempératureT.

OndonnesouventcesconstantesKAsouslaformedel’opposédeleurlogarithme:pKA=-LogKA.

AlatempératureTdonnée,lorsquel'onplacel'acideAHdansl’eau,ilestpartiellementhydrolyséetcelaseproduitparlaréactionchimique:

AH(aq)+H2O(l)=A-(aq)+H3O+

(aq)constanted'équilibreK°=KA.

KAestlaconstanted'aciditéducoupleacidebaseAH/A-

onassociepKAaucoupleacide/baseAH/A-

pKA=Log(KA)soit:KA=10-pKA

Constanted'aciditédescouplesacide-base:

Lesdeuxcouplesacido-basiquesdel’eausontH3O+(aq)/H2O(l)etH2O(l)/HO-(aq):

L’eaubase:pKA(H3O+/H2O)=0

10

L’eauacide:pKA(H2OetHO-)=14=pKE=-Log(KE)oùKEestleproduitioniquede l’eau: KE = 10-14 à 25°C; pKE comme toute constante d’équilibre dépend de latempératureT.

Unebasequin’estpasforteestfaible:ilrestedesmoléculesBprésentesavecBH+.

AlatempératureTdonnée,lorsquel'onplacel'acideAHdansl’eau,ilestpartiellementhydrolyséetcettetransformationseproduitparlaréactionchimique:

AH(aq)+H2O(l)=A-(aq)+H3O+(aq)

Onretiendraque:

Pluslaconstanted’aciditéKAd’uncoupleAH/A-estgrande,pluspKAestpetit,plusl’acideAHestfortetsabaseconjuguéeA-faiblePluslaconstanted’aciditéd’uncoupleAH/A-estpetite,pluspKAestgrand,plusl’acideAHestfaibleetsabaseconjuguéeA-forte

exemple 1 : exemples de couples acide/base

3.ClassementdesacidesetdesbasessuruneéchelledepKA

Les couples acide-basepeuvent êtreplacés suruneéchelle verticaledepKA, lesbasesétantplacésàgauche,deplusenplusfortesdebasenhautetlesacidesàdroite,deplusenplusfortsdehautenbas.

11

àpartirde:Chimie/PCSIcollectionHachette

Nousavonsdéjàditquetouslesacidesfortsontlemêmecomportementdansl'eau:iln’estpaspossibledelesdistinguerilyaunnivellementdelaforcedesacidesfortsparl'eau.Ilenestdemêmepourlesbasesfortes.

On dit que l’eau nivelle les acides forts, et les bases fortes.

4.Prévisionducaractèretotaloutrèslimitédesréactions

NotonspKA1=KA(A1H/A1-)etpKA2=KA(A2H/A2-):

La constante d’équilibre de la réactionA1H + A2- = A1- + A2H a pour constanted’équilibreK°=KA1/KA2soit:

A1H+A2-=A1-+A2H K°=10(pKA2-pKA1)

Si ΔpKA = pKA2 – pKA1 > 0, la réaction est favorisée, K° > 1 et l’état d’équilibre estdéplacéversladroite.

SiΔpKA=pKA1–pKA2>3,laréactionestconsidéréequantitative.

Si ΔpKA=pKA2–pKA1<0: laréactionn’estpasfavorisée,K°<1etl’étatd’équilibreresteenfaveurdesréactifs.

SiΔpKA=pKA1–pKA2< -3: laréactionestconsidéréecommetrèstrèspeudéplacéeversladroite,etl’étatfinalesttrèsprochedel’étatinitial.

Ainsi:

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SiΔpKA>3.Danscecas,l’avancementà l’équilibreξéqestégalà l’avancementmaximalξmax.A l’inverse l’inverse,une réactiondont la constanteest inférieureà10-3nemodifiepaslacompositiondelasolution:iln’yapasmodificationdesconcentrationsdesréactifs.Celasignifiequel’avancementξéqest(quasi)nul.

III. Diagramme de prédominance des formes Acide et Base etdiagrammededistribution

1.Diagrammedeprédominance

Un diagramme de prédominance acide/base est un diagramme à une dimension faisantapparaîtreledomainedepHoùchaqueespèceprédominedevantlesautresespècesacido-basiques.

Ilestfaciled’établirlarelationsuivante,quiliepH,pKAetlesconcentrations[A-]et[AH]delabaseetdel’acideconjugué.

𝐩𝐇 = 𝐩𝐊𝐀 + 𝐋𝐨𝐠𝐀!

𝐀𝐇

SipH=pKA[AH]=[A-]SipH>pKA[A-]>[AH]⇒labaseestl'espèceprédominanteSipH<pKA[AH]<[A-]⇒l'acideestl'espèceprédominante

Onpeutalorstracerundiagrammedeprédominance«simple»

diagrammedemajorité(sous-entendu,sansprécision,à10%):

Onadmetque[AH]estmajoritairedevant[A-]si[AH]≥10.[A-]i.epH!pKA–1

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Remarqueimportantepourlasuite

Habituellement,onnégligeuneespèceYdevantXlorsque[X]!10[Y]

Aveccecritère,indiquersurqueldomainedepHunesolutioncontient:

• seulementl’espèceAH:pH<pKA-1• seulementl’espèceA-:pH>pKA+1• enquantitésnotablesles2espècesconjuguéesAHetA-:pHentrepKA–1etpKA+1

Undiagrammedeprédominancepermetégalementdevoirrapidementsideuxespècespeuventounoncoexisterensolutionaqueuse:

Des diagrammes de prédominance, on en déduit que deux espèces qui ont desdomainesdestabilitédisjointsnepeuventcoexisterenquantiténotable.

2.Diagrammededistribution

Un diagramme de distribution donne le pourcentage des différentes formes desespècesacido-basiquesenfonctiondupH.

Ainsi, dans le cas de l'acide phosphorique, on obtient le diagramme de distributionsuivant:

Rem:onlimitegénéralementl’intervalledepHaudomainepH=0(aH3O+=1)àpH=14(aHO-=1).

Enprenantl’abscissedupointd’intersectiondesdeuxcourbes1et2,2et3,3et4,nousretrouvonslespHégauxauxpKAdesdifférentscouples:

L’intersectiondescourbesdeAHnetAHn-1permetdedéterminerlepKAducouple.

% de la forme H3PO4

% de la forme H2PO4(-)

% de la forme HPO4(2-)

% de la forme PO4(3-)

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«Pythonpourleschimistes»

Tracéd’undiagrammededistributionenlangagePython

Exempled’unmonoacideAHetdesabaseconjuguéeA-:[AH]+[A-]=c

𝐾! = !!!! [!!]

!" .!° 𝐴𝐻 = !!!

! [!!]!!.!°

𝐴! = !!.!°[!"]!!!!

ainsi,ennotantαlepourcentagedelaforme[AH]est:

𝛼 = !"".[!"]!" ![!!]

𝛼 = !""[!"]

!" !!!.!°[!"]!!!! 𝛼 = !""

!! !!.!°!!!!

ennotantβlepourcentagedelaforme[A-]est:

𝛽 = !""[!!]!! ![!!]

𝛽 = !""[!!]!!!! [!!]!!.!°

![!!] 𝛽 = !""

!!!!!!.!°

!!

EnlangagePython:

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IV – Etablissement de la composition de quelques solutions«simple»;méthodedelaRéactionPrépondérante

La méthode de la réaction prépondérante est exposée ci-dessous, elle permet de déterminer la compoisiton d’une solution en privilégiant la compréhension de la transformation plutôt que la résolution de systèmes d’équations.

La démarcge systématique est la suivante :

§ Fairel’inventairedesqespècesintroduitesdanslasolutioninitialement,

§ Placer les acides, les bases, les espèces indifférentes sur une échelle de pKAverticale,

§ Entourerlesespècesprésentes,

§ Rechercher parmi les espèces entourées l’acide le plus fort («le plus basentouréducôtédesacides»)etlabaselaplusforte(«laplushauteentouréeducôtédesbases»):laréactionprépondérante,notéeRP,estalorsobtenue,

§ Calculer la constante d’équilibre et au regard de sa valeur, conclusion sur le

caractèretotaldelaréaction,oudesoncaractèretrèslimité.Danscesdeuxcas,laconclusion peut être rapide. Dans le cas contraire, il faut alors effectuer untableau d’avancement qui permettra d’établir l’équation à résoudre afin dedéterminerl’étatfinaldusystème.

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Enfait,cetteméthodepermetd’appliquerlerésultatsuivant:

Laréactionlaplusfavoriséethermodynamiquementestcelleayantlieuentrel’acideleplusfortprésentetlabaselaplusforteprésentedanslemilieuinitialement.

Exemple1:CalculerlepHd’unesolutionobtenueenmélangeant100mLd’unesolutiond’acideéthanoïquedeconcentrationcA=0,10mol.L-1et100mLd’unesolutiondenitritedesodium(Na++NO2-)deconcentrationcB=0,10mol.L-1.Données:pKA1=pKA(CH3COOH/CH3COO-)=4,8etpKA2=pKA(HNO2/NO2-)=3,2

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Exemple2:CalculerlepHd’unesolutionobtenueenmélangeant100mLd’unesolutiond’acideéthanoïquedeconcentrationcA=0,10mol.L-1et100mLd’unesolutiond’ammoniac(NH3)deconcentrationcB=0,10mol.L-1.Données:pKA1=pKA(CH3COOH/CH3COO-)=4,8etpKA2=pKA(NH4+/NH3)=9,2

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Exemple3:CalculerlepHd’unesolutionobtenueenmélangeant100mLd’unesolutiond’acétatedesodium(Na++CH3COO-)deconcentrationcB=0,10mol.L-1et100mLd’unesolutiondechlorured’ammonium(Cl-+NH4+)deconcentrationcB=0,10mol.L-1.Données:pKA1=pKA(CH3COOH/CH3COO-)=4,8etpKA2=pKA(NH4+/NH3)=9,2

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V–Lessolutionstampon1.Propriétésetdéfinition

UnesolutiontamponestunesolutiondontlepHvariepeuparunapportmodéréd’acideoudebase(fort(e)oufaible)oupardilutiondecettesolution

Rem:ilexistedessolutionsdontlepHvarietrèspeusoitparl’ajoutd’acideoudebasefort(e)uniquement,ousoitpardilutionuniquement:onditquecessolutionssontdespseudo-tampon.

2.Exemples

• LesangetlesautresfluidescellulairessonttamponnésàpH=7,4• LesocéanssontmaintenusàpH=8,4

• Etudions la courbe de titrage d’un acide faible par une base faible: nous

remarquonsqu’auvoisinagedelademi-équivalence,lepHvariebeaucoupmoinsquandonuneajouteunepetitequantitéd’acideoudebase,quelorsqu’onajoutecettemêmequantitédansl’eaupure.

tactique, adj.♦ Domaine : Chimie/Polymères-Stéréochimie. ♦ Définition : Se ditd’une macromolécule ou d’un polymère réguliers constitués de motifsconfigurationnels majoritairement identiques. ♦ Note : Du grec taktikos,relatif à l’« art de ranger, de manœuvrer ». ♦ Voir aussi : atactique,isotactique, macromolécule, motif configurationnel, polymère, régulier,syndiotactique. ♦ Équivalent étranger : tactic.Source : Journal officiel du 1er mars 2002.

tampon, n.m.♦ Domaine : Chimie/Chimie analytique. ♦ Définition : Substance, oumélange de substances, qui, par son aptitude à produire ou à consommerune espèce chimique, par exemple un hydron, maintient constante laconcentration de cette espèce dans un solvant. ♦ Note : L’exemple leplus courant est celui d’un tampon acide-base : mélange d’un acide faibleAH et de la base conjuguée A- en proportions telles que le pH ne soit passensiblement modifié par dilution ou par addition en quantitésrelativement importantes d’acide ou de base. ♦ Voir aussi : acide deBrønsted, base de Brønsted, hydron. ♦ Équivalent étranger : buffer.Source : Journal officiel du 22 septembre 2005.

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la tangente se confond bien avec la courbe lorsque l'on se situe autour de la demi-Èquivalence.

Auvoisinagedelademi-équivalence,lepHnevariepasbeaucoup:lorsd’unajoutdemodérédebaseforte,lorsd’unajoutmodéréd’acidefortoubienpardilution:

lasolutionobtenueestunesolutiontampon.3.Préparation

Unesolution tamponest constituéed’unacide faibleAH (pour fournirdesprotonsàunebaseforte)etdesabaseconjuguéeA-(pourcapterlesprotonsd’unacidefort).C’estauvoisinagedupKAducoupleAH/A-quelespropriétéstamponsontlesmeilleures.

Parconséquent,onprépareraunesolutiontampondepHconnuenutilisantuncoupleacide/basedontlepKAaunevaleurprochedupHrecherché.Lesquantitésdematièreutiliséesdel’acideetdesabasesontalorsassezvoisines.

Exemplesdesolutionstampontypiques

CompositionTAMPONSACIDES TAMPONSBASIQUES

CH3COOH/CH3COO- 4,74 NH4+/NH3 9,25HNO2/NO2- 3,37 (CH3)3NH+/(CH3)3NH 9,81HClO2/ClO2- 2,00 H2PO4-/HPO42- 7,21

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VI–Lestitragesacido-basiques

Cettepartieseradéveloppéeentravauxpratiques.