Physique · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

Transformations associées à des réactions acide-base

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Définition de Brönsted : Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton $H^+$ . Une base est capable d'en capter un.
Couple acide/base : $AH/A^-$ . La réaction est : $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$ .
Produit ionique de l'eau : $K_e = [H_3O^+][HO^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
Constante d'acidité $K_A$ : $K_A = \frac{[A^-]_{eq}[H_3O^+]_{eq}}{[AH]_{eq}}$ .
Relation pH et $pK_A$ : $pH = pK_A + \log\left(\frac{[A^-]_{eq}}{[AH]_{eq}}\right)$ .
Taux d'avancement final : $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$ . Si $\tau < 1$ , la réaction est limitée.

Méthodes à maîtriser

Calculer le pH : Utiliser $pH = -\log[H_3O^+]$ .
Déterminer $\tau$ : Calculer $x_f$ via le pH ( $x_f = [H_3O^+] \cdot V$ ) et $x_{max}$ via le réactif limitant.
Diagramme de prédominance : Si $pH < pK_A$ , l'acide prédomine. Si $pH > pK_A$ , la base prédomine.

Exemples corrigés

Exemple : Solution d'acide éthanoïque à $C=10^{-2} mol/L$ , $pH=3.4$ .
$x_f = 10^{-3.4} \times V$ . $x_{max} = C \times V$ .
$\tau = \frac{10^{-3.4}}{10^{-2}} \approx 0.04$ . La réaction est limitée.

Erreurs fréquentes

Oublier que $H_2O$ est le solvant (ne pas l'inclure dans $K_A$ ).
Confondre $x_{max}$ (calculé avec $C$ ) et $x_f$ (calculé avec le pH).
Utiliser $pH = pK_A$ quand $[A^-] \neq [AH]$ .

L'essentiel du cours

Définition de Brönsted : Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton $H^+$. Une base est capable d'en capter un.
Couple acide/base : $AH/A^-$. La réaction est : $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$.
Produit ionique de l'eau : $K_e = [H_3O^+][HO^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
Constante d'acidité $K_A$ : $K_A = \frac{[A^-]{eq}[H_3O^+]{eq}}{[AH]_{eq}}$.
Relation pH et $pK_A$ : $pH = pK_A + \log\left(\frac{[A^-]{eq}}{[AH]{eq}}\right)$.
Taux d'avancement final : $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

Méthodes à maîtriser

Calculer le pH : Utiliser $pH = -\log[H_3O^+]$.
Déterminer $\tau$ : Calculer $x_f$ via le pH ($x_f = [H_3O^+] \cdot V$) et $x_{max}$ via le réactif limitant.
Diagramme de prédominance : Si $pH < pK_A$, l'acide prédomine. Si $pH > pK_A$, la base prédomine.

Exemples corrigés

Exemple : Solution d'acide éthanoïque à $C=10^{-2} mol/L$, $pH=3.4$.
$x_f = 10^{-3.4} \times V$. $x_{max} = C \times V$.
$\tau = \frac{10^{-3.4}}{10^{-2}} \approx 0.04$. La réaction est limitée.

Erreurs fréquentes

Oublier que $H_2O$ est le solvant (ne pas l'inclure dans $K_A$).
Confondre $x_{max}$ (calculé avec $C$) et $x_f$ (calculé avec le pH).
Utiliser $pH = pK_A$ quand $[A^-] \neq [AH]$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Transformations associées à des réactions acide-base

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Pour un acide faible, le taux d'avancement $\tau$ :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que l'eau est toujours un acide ?

Non, l'eau est un ampholyte. Elle peut agir comme acide dans le couple $H_2O/HO^-$ ou comme base dans le couple $H_3O^+/H_2O$ .

💡 À retenir : L'eau est amphotère.

Non, l'eau est un ampholyte. Elle peut agir comme acide dans le couple $H_2O/HO^-$ ou comme base dans le couple $H_3O^+/H_2O$.

💡 À retenir : L'eau est amphotère.

Kifach n7seb x{max} ila kan l'tfa3ol m3a l'ma ?

Pour une réaction d'un acide $AH$ avec l'eau, $x_{max}$ est calculé comme si la réaction était totale : $x_{max} = n_{initial}(AH) = C \cdot V$ .

💡 À retenir : $x_{max} = C \cdot V$ .

Pour une réaction d'un acide $AH$ avec l'eau, $x_{max}$ est calculé comme si la réaction était totale : $x_{max} = n_{initial}(AH) = C \cdot V$.

💡 À retenir : $x_{max} = C \cdot V$.

Est-ce que KA dépend de la concentration ?

Non, $K_A$ est une constante qui ne dépend que de la température.

💡 À retenir : $K_A$ est indépendante de la concentration.

Non, $K_A$ est une constante qui ne dépend que de la température.

💡 À retenir : $K_A$ est indépendante de la concentration.

Chno hiya l'far9 bin KA o pKA ?

$K_A$ est la constante d'acidité, un nombre très petit. $pK_A$ est son logarithme négatif ( $pK_A = -\log K_A$ ), plus pratique pour les calculs.

💡 À retenir : $pK_A$ facilite la comparaison des forces des acides.

$K_A$ est la constante d'acidité, un nombre très petit. $pK_A$ est son logarithme négatif ($pK_A = -\log K_A$), plus pratique pour les calculs.

💡 À retenir : $pK_A$ facilite la comparaison des forces des acides.

Pourquoi on dit que la réaction est limitée ?

Parce que l'acide ne se dissocie pas totalement dans l'eau, il y a un équilibre entre les produits et les réactifs.

💡 À retenir : $\tau < 1$ signifie réaction limitée.

Parce que l'acide ne se dissocie pas totalement dans l'eau, il y a un équilibre entre les produits et les réactifs.

💡 À retenir : $\tau < 1$ signifie réaction limitée.

Kifach n3ref chkoun li ghaleb, l'acide wla l'base ?

Tu compares le pH de la solution au $pK_A$ du couple :

Si $pH < pK_A$ : l'acide prédomine.
Si $pH > pK_A$ : la base prédomine.

💡 À retenir : Utilise le diagramme de prédominance.

Tu compares le pH de la solution au $pK_A$ du couple :

Si $pH < pK_A$ : l'acide prédomine.
Si $pH > pK_A$ : la base prédomine.

💡 À retenir : Utilise le diagramme de prédominance.

Est-ce que le pH peut être négatif ?

Oui, pour des solutions très concentrées en acide fort ( $[H_3O^+] > 1 mol/L$ ), le pH peut être négatif.

💡 À retenir : $pH = -\log[H_3O^+]$ .

Oui, pour des solutions très concentrées en acide fort ($[H_3O^+] > 1 mol/L$), le pH peut être négatif.

💡 À retenir : $pH = -\log[H_3O^+]$.

Est-ce que Ke change avec la température ?

Oui, $K_e$ est une constante d'équilibre, elle varie avec la température. La valeur $10^{-14}$ n'est vraie qu'à 25°C.

💡 À retenir : $K_e$ dépend de $T$ .

Oui, $K_e$ est une constante d'équilibre, elle varie avec la température. La valeur $10^{-14}$ n'est vraie qu'à 25°C.

💡 À retenir : $K_e$ dépend de $T$.

Comment calculer le pH d'une base forte ?

Pour une base forte de concentration $C$ , on a $[HO^-] = C$ . Puis $[H_3O^+] = K_e / C$ et $pH = -\log(K_e/C)$ .

💡 À retenir : $pH = 14 + \log C$ .

Pour une base forte de concentration $C$, on a $[HO^-] = C$. Puis $[H_3O^+] = K_e / C$ et $pH = -\log(K_e/C)$.

💡 À retenir : $pH = 14 + \log C$.

Est-ce que la constante K d'une réaction acide-base est toujours KA ?

Non, la constante de réaction $K$ dépend des couples mis en jeu : $K = \frac{K_{A1}}{K_{A2}}$ .

💡 À retenir : $K = 10^{pK_{A2} - pK_{A1}}$ .

Non, la constante de réaction $K$ dépend des couples mis en jeu : $K = \frac{K_{A1}}{K_{A2}}$.

💡 À retenir : $K = 10^{pK_{A2} - pK_{A1}}$.

Est-ce que le pH change si on dilue la solution ?

Oui, la dilution diminue la concentration en ions $H_3O^+$ , donc le pH se rapproche de 7.

💡 À retenir : La dilution augmente le pH d'un acide.

Oui, la dilution diminue la concentration en ions $H_3O^+$, donc le pH se rapproche de 7.

💡 À retenir : La dilution augmente le pH d'un acide.

Est-ce que xf est toujours égal à x{max} ?

Non, seulement si la réaction est totale (acide fort ou base forte). Pour un acide faible, $x_f < x_{max}$ .

💡 À retenir : $x_f = x_{max}$ pour les réactions totales.

Non, seulement si la réaction est totale (acide fort ou base forte). Pour un acide faible, $x_f < x_{max}$.

💡 À retenir : $x_f = x_{max}$ pour les réactions totales.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On prépare une solution d'acide méthanoïque $HCOOH$ de concentration $C = 10^{-2} mol/L$ . Le pH mesuré est 2.9.

Écrire l'équation de la réaction.
Calculer le taux d'avancement $\tau$ .
Déterminer le $pK_A$ du couple $HCOOH/HCOO^-$ .

Exercice 1

On prépare une solution d'acide méthanoïque $HCOOH$ de concentration $C = 10^{-2} mol/L$. Le pH mesuré est 2.9.

Écrire l'équation de la réaction.
Calculer le taux d'avancement $\tau$.
Déterminer le $pK_A$ du couple $HCOOH/HCOO^-$.

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Exercice 2

Soit deux acides $HA_1$ ( $pK_{A1}=4.8$ ) et $HA_2$ ( $pK_{A2}=3.2$ ) de même concentration $C=10^{-3} mol/L$ . Lequel est le plus dissocié ? Justifier.

Exercice 2

Soit deux acides $HA_1$ ($pK_{A1}=4.8$) et $HA_2$ ($pK_{A2}=3.2$) de même concentration $C=10^{-3} mol/L$. Lequel est le plus dissocié ? Justifier.

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Exercice 3

On mélange $V_1=20mL$ de solution d'acide éthanoïque ( $C_1=0.1 mol/L$ ) et $V_2=20mL$ de soude ( $C_2=0.1 mol/L$ ). Déterminer l'espèce prédominante à l'équilibre.

Exercice 3

On mélange $V_1=20mL$ de solution d'acide éthanoïque ($C_1=0.1 mol/L$) et $V_2=20mL$ de soude ($C_2=0.1 mol/L$). Déterminer l'espèce prédominante à l'équilibre.

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