pH d’une solution

Merci !

Fiches
Classe(s) : Tle Générale | Thème(s) : Modélisation des transformations acide-base par des transferts d'ion hydrogène

Le pH d’une solution aqueuse est mesuré à l’aide d’un pH-mètre. Connaissant son pH, on peut qualifier une solution d’acide, basique ou neutre.

I Définition et mesure du pH

Le pH, abréviation de « potentiel hydrogène », est un paramètre servant à définir si un milieu est acide ou basique. Il est lié à la concentration en ions oxonium H3O+ :

PB_Bac_06432_PhyChiT_gene_p011-036_C01_Groupe_Schema_18

Cette relation est équivalente à : H3O+c0=10pH.

À noter

L’échelle de pH est comprise entre 0 et 14 à 25 °C. Le pH est une fonction décroissante de la concentration en H3O+.

Le pH d’une solution aqueuse est mesuré à l’aide d’un pH-mètre, préalablement étalonné.

Au lycée, on mesure un pH, au mieux, à 0,05 unité près. Une telle incertitude sur la mesure de pH correspond à une incertitude relative élevée ; en conséquence toute concentration déduite d’une mesure de pH devra être exprimée avec, au maximum, deux chiffres significatifs.

III Solution neutre, acide ou basique

À 25 °C, le pH de l’eau pure est égal à 7,0 soit : [H3O+] = 1,0 × 107 mol · L1. La présence d’ions H3O+ résulte de l’ionisation de quelques molécules d’eau par transfert d’un proton : c’est l’autoprotolyse de l’eau :

2 H2O H3O+ + HO.

Une solution aqueuse est neutre si elle contient autant d’ions H3O+ que l’eau pure à 25 °C, acide si elle en contient plus ou basique si elle en contient moins.

06466_C01_03

Méthode

1 Identifier une solution acide, neutre ou basique

On dispose d’une solution diluée de vinaigre blanc de concentration en ions oxonium [H3O+] = 5,0 × 103 mol · L1 et d’une solution d’eau de javel de pH = 10,9 à 25 °C.

Déterminer si chacune des deux solutions est acide, neutre ou basique.

Conseils

Calculer le pH de la solution de vinaigre.

Solution

pH = logH3O+c0=log5,0×1031,0 = 2,3.

La solution diluée de vinaigre est acide (pH = 2,3 < 7) tandis que la solution diluée d’eau de javel est basique (pH = 10,9 > 7).

2 Déterminer l’incertitude sur la concentration en ion H3O+

Le pH d’une solution aqueuse S, mesuré avec un pH-mètre, est pH = 8,90 ± 0,05.

a. Déterminer un encadrement de la concentration en ions H3O+ avec 3 chiffres significatifs. À partir de cet encadrement, déterminer la valeur de l’incertitude U([H3O+]).

b. Calculer l’incertitude relative et donner la concentration en ions H3O+ sous la forme :

[H3O+] ± U([H3O+]).

Conseils

Attention, l’incertitude U(G) ne peut être plus précise que la valeur G déterminée.

Solution

a. 8,85 < pH < 8,95 et [H3O+] = c0 × 10pH

d’où 1,12 × 109 < [H3O+] < 1,41 × 109 mol · L1.

U([H3O+]) = 1,41×1091,12×1092 = 0,15 × 109 mol · L1

et [H3O+] = 1,0 × 108,90 = 1,26 × 109 mol · L1.

b.UH3O+H3O+=0,15×1091,26×109=0,118=12%

donc [H3O+] = (1,3 ± 0,2) × 109 mol · L1.

L’incertitude relative est supérieure à 10 %, donc la concentration [H3O+] doit être exprimée avec deux chiffres significatifs. Par conséquent U([H3O+]) est arrondi à 0,2 × 109 mol · L1.