Force d’un acide ou d’une base dans l’eau

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Classe(s) : Tle Générale | Thème(s) : Sens d’évolution d’un système acide-base

La comparaison de la constante d’acidité des couples acide-base permet un classement des acides et des bases des plus forts aux plus faibles.

I Les acides et bases forts et faibles

Un acide HA ou une base A qui réagit avec l’eau par une réaction totale est qualifié d’acide fort ou de base forte.

HA(aq) + H2O() → H3O+(aq) + A(aq)  A(aq) + H2O() → HA(aq) + HO(aq).

Exemples : • Acides forts : gaz chlorure d’hydrogène HCl ; acide nitrique HNO3.

Bases fortes : hydroxyde de sodium NaOH ; ion éthanolate C2H5O.

Un acide HA ou une base A est faible si sa réaction avec l’eau conduit à un état d’équilibre avec τ

HA(aq) + H2O() H3O+(aq) + A(aq)  A(aq) + H2O() HA(aq) + HO(aq).

Exemples : • Les acides carboxyliques RCO2H sont des acides faibles dans l’eau.

Les ions carboxylate RCO2 et les amines RNH2 sont des bases faibles dans l’eau.

II Classement des acides et des bases

Un acide HA est d’autant plus fort que le taux d’avancement final τ de sa réaction avec l’eau est élevé ou que la constante d’acidité KA de son couple est grande (ou que le pKA est faible).

Une base A est d’autant plus forte que le taux d’avancement final τ de sa réaction avec l’eau est élevé ou que la constante d’acidité Ka de son couple est faible (ou que le pKA est grand).

À noter

Plus un acide HA d’un couple est fort plus sa base conjuguée A est faible.

Les couples de l’eau : H3O+/H2O et H2O/HO 

H3O+ + H2O H2O + H3O+KA=H3O+éqH3O+éq=1 et pKA = 0 ;

H2O + H2O HO + H3O+KA = Ke = [H3O+] × [HO] = 1014 et pKe = 14.

H3O+ est l’acide le plus fort en solution aqueuse et HO est la base la plus forte en solution aqueuse.

Pour tout couple acide faible/base faible :

1 KA14 ou 0 KA

À concentration identique : la solution de l’acide le plus fort possède le pH le plus faible et la solution de base la plus forte possède le pH le plus élevé.

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Méthode

Comparer la force de trois acides

On considère trois solutions aqueuses des acides HA1, HA2 et HA3, toutes trois à la concentration de 1,0 × 103 mol · L1. La mesure, dans un ordre quelconque, du pH de chaque solution donne les valeurs : 3,0 ; 3,6 et 6,1.

a. HA2 est un acide fort. Attribuer un pH à la solution de HA2. Argumenter.

b. Classer ces acides par force croissante et associer un pH à chaque solution.

Données à 25 °C : KA1(HA1/A1) = 6,3 × 105, pKA3(HA3/A3) = 9,2.

Conseils

a. Définissez un acide fort. Déterminez le pH d’une solution de concentration C.

b. Comparez les constantes d’acidité ou les pKA. Plus un acide est fort, à même concentration, plus son pH sera petit.

Solution

a. Un acide est fort si sa réaction avec l’eau est totale. Si on dissout n mol d’acide fort dans un volume V, on retrouve n mol d’ions oxonium en solution.

Tableau de 3 lignes, 5 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : ; HA(aq) + H2O(ℓ)  →  H3O+(aq) + A−(aq); Ligne 2 : État initial; n; excès; 0; 0; Ligne 3 : État final; 0; excès; n; n;

C(apportée) = nV et [H3O+] = nV = C ; pH=logH3O+c0=logCc0

pH = log1,0×1031,0 = 3,0. HA2 est un acide fort, libérant des H3O+ dans l’eau par une réaction totale. Cette solution a un pH de 3,0.

b. Les deux autres acides ayant un pH > 3 sont des acides faibles. Pour comparer la force de deux acides, on compare les KA ou pK: KA1 = 6,3 × 105 soit pKA1 = − log(6,3 × 105) = 4,2 et pKA3 = 9,2 soit KA3 = 109,2 = 6,3 × 1010. On constate que KA1 > KA3 ou pKA1 KA3 donc l’acide HA1 est un acide plus fort que l’acide HA3.

HA(aq) + H2O() H3O+(aq) + A(aq) Plus KA est grand, plus la réaction est déplacée dans le sens direct donc dans le sens de la formation des ions H3O+.

HA(aq) + H2O()4421956-Eqn99 H3O+(aq) + A(aq)KA=Aéq×H3O+éqHAéq et KA1 > KA3.

La réaction de HA1 avec l’eau sera donc plus déplacée dans le sens direct ce qui produira plus d’ions H3O+ et donnera un pH plus petit.

D’où pH1 = 3,6 et pH3 = 6,1. L’acide fort HA2 aura le pH le plus petit soit la concentration [H3O+] la plus grande.

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