Les acides et les bases en solution aqueuse

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Fiches
Classe(s) : Tle STI2D | Thème(s) : Les réactions acido-basiques

A Les acides et les bases selon la théorie de Brønsted

Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+ en solution aqueuse.

Une base est une espèce chimique capable de capter un proton H+ en solution aqueuse.

Exemple

L’acide éthanoïque CH3COOH est un acide, il peut donc céder un proton H+ selon la demi-équation :

CH3COOH = CH3COO + H+.

B Les couples acide/base

aDéfinitions

Un couple acide/base comporte un acide AH et une base A. Une demi-équation lie les deux espèces chimiques :

AH = A + H+.

Les espèces AH et A sont dites conjuguées et forment le couple AH/A. La forme acide est écrite en premier dans un couple acide-base. AH et A peuvent être des molécules ou des ions : il y a simplement une différence d’un proton entre les deux.

Exemple 

L’acide méthanoïque a pour formule HCOOH. C’est un acide, il est donc possible d’écrire la demi-équation où il intervient : HCOOH = HCOO + H+.

Ainsi, l’ion méthanoate HCOO est la base conjuguée de l’acide méthanoïque.

Les deux espèces forment le couple HCOOH/HCOO.

bLes couples acide/base importants

Tableau de 5 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 5 lignes ;Ligne 1 : Couple; Demi-équation protonique; Ligne 2 : H3O+/H2O (ion oxonium/eau); H3O+ = H2O + H+; Ligne 3 : H2O/OH– (eau/ion hydroxyde); H2O = OH– + H+; Ligne 4 : CH3COOH/CH3COO– (acide éthanoïque/ion éthanoate); CH3COOH = CH3COO–+ H+; Ligne 5 : NH4+/NH3 (ion ammonium/ammoniaque); NH4+ = NH3 + H+;

La molécule d’eau fait partie de deux couples acide/base : elle peut soit capter, soit céder un proton H+.

Il faut aussi connaître l’acide chlorhydrique : H3O+ + Cl, qui est obtenu par la réaction du chlorure d’hydrogène HCl avec l’eau : HCl + H2O = Cl + H3O+.

Pour obtenir une solution aqueuse d’acide sulfurique, il faut dissoudre H2SO4, qui est un diacide pouvant réagir avec l’eau selon la réaction : H2SO4 + 2 H2O = SO42– + 2 H3O+.

C Les réactions acido-basiques

Une réaction se produit entre l’acide AH1 d’un couple et la base A2 d’un autre couple, au cours de laquelle l’acide AH1 cède un proton à la base A2. Les produits formés sont les espèces conjuguées A1 et AH2. La réaction s’écrit alors : AH1 + A2 = A1 + AH2. Les couples acido-basiques mis en jeu sont AH1/A1 et AH2/A2. Au cours de cette réaction, il y a donc transfert de proton.

Méthode

On considère la réaction se produisant entre l’acide chlorhydrique et l’ammoniaque. Les couples acide-base sont H3O+/H2O et NH4+/NH3.

L’ammoniaque NH3, base du couple NH4+/NH3 réagit selon : NH3 + H+ = NH4+.

L’acide chlorhydrique est H3O+ + Cl. H3O+, acide du couple

H3O+/H2O réagit selon la demi-équation : H3O+ = H2O + H+.

On ajoute les deux demi-équations dans le bon sens : H3O+ + NH3 + H+ = NH4+ + H2O + H+

Le proton se simplifie de part et d’autre et on obtient : H3O+ + NH3 = NH4+ + H2O

D Préparation d’une solution par dilution

Il est possible d’obtenir une solution aqueuse d’une espèce chimique de concentration donnée à partir d’une solution contenant la même espèce mais ayant une concentration plus importante. La solution la plus concentrée s’appelle la solution mère et la solution diluée est la solution fille.

Le volume de solution mère à prélever est obtenu avec la relation Cfille × Vfille = Cmère × Vmère, où : 

Cfille est la concentration de la solution diluée ;

Cmère est la concentration de la solution mère ;

Vfille est le volume final de la solution diluée ;

Vmère est le volume à prélever de la solution mère.

Le rapport Cmère/Cfille ou Vfille/Vmère s’appelle « facteur de dilution ». Il indique que la solution a été diluée x fois.

Pour préparer une solution aqueuse de concentration précise par dilution, il faut utiliser de la verrerie jaugée. Le mode opératoire est le suivant :

rincer la pipette jaugée avec la solution mère ;

prélever le volume de solution mère nécessaire avec la pipette jaugée munie d’une propipette ;

introduire le volume de solution mère dans une fiole jaugée (ayant le volume approprié) propre et remplie à moitié avec de l’eau distillée ou déminéralisée ;

compléter la fiole jaugée jusqu’au trait de jauge avec de l’eau déminéralisée et homogénéiser.

Lors de la dilution d’une solution acide, la concentration en ions oxonium diminue : le pH de la solution fille est donc plus élevé que celui de la solution mère. Dans le cas d’une solution basique, c’est le contraire, le pH de la solution fille est plus faible (moins basique) que celui de la solution mère.