Transformations liées à des réactions acide-base – Exercices

Résumé et Points Clés

Résumé : Transformations liées à des réactions acide-base

Ce texte aborde les concepts fondamentaux des réactions acide-base en solution aqueuse.

1. Autoprotolyse et produit ionique de l’eau

• L’eau pure conduit faiblement l’électricité en raison de sa faible concentration en ions H₃O⁺ et HO⁻, issus de la réaction d’autoprotolyse : 2 H₂O ⇌ H₃O⁺ + HO⁻.
• À 25°C, [H₃O⁺] = [HO⁻] = 10⁻⁷ mol/L, d’où un pH = 7. Cette réaction est très limitée.
• Le produit ionique de l’eau est Ke = [H₃O⁺]éq × [HO⁻]éq. À 25°C, Ke = 10⁻¹⁴ et pKe = -log(Ke) = 14.

2. Constante d’acidité K_A et pK_A

• Pour un couple acide/base AH/A⁻, la constante d’acidité est K_A = ([H₃O⁺]éq × [A⁻]éq) / [AH]éq. Le pK_A = -log(K_A).
• La relation fondamentale entre le pH et le pK_A est : pH = pK_A + log([A⁻]éq / [AH]éq).

3. Comparaison de la force des acides et des bases

• Pour les acides : À concentration égale, un acide est d’autant plus fort que son taux d’avancement final τ avec l’eau est grand, que sa concentration en H₃O⁺ est élevée (pH faible), et que sa constante K_A est grande (pK_A petit).
• Pour les bases : À concentration égale, une base est d’autant plus forte que son τ avec l’eau est grand, et que la constante K_A du couple acide/base correspondant est petite (pK_A grand).

4. Diagramme de prédominance et indicateurs colorés

• Le diagramme de prédominance d’un couple AH/A⁻ se déduit de la relation pH = pK_A + log([A⁻]/[AH]) :
  • Si pH < pK_A – 1, la forme acide AH prédomine.
  • Si pH > pK_A + 1, la forme basique A⁻ prédomine.
  • Autour de pH = pK_A (±1), les deux formes coexistent (zone de teinte sensible pour un indicateur).
• Un indicateur coloré est un couple acide-base (HIn/In⁻) dont les formes ont des couleurs différentes. Sa zone de virage (changement de couleur perceptible) est généralement centrée sur son pK_A.

Conseils pour les examens : Maîtrisez la relation pH = pK_A + log([base]/[acide]) et son utilisation pour déterminer la forme prédominante, calculer un pH ou un pK_A. Comprenez le lien entre K_A, pK_A, et la force relative des acides/bases. Pour les indicateurs, retenez que la teinte sensible apparaît lorsque les concentrations des deux formes sont comparables, autour du pK_A.