Chimie · Prépa concours post-bac — ISPITS (paramédical)

Contrôle de l'évolution des systèmes chimiques (Acides et bases)

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 : $K_e = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
Constante d'acidité $K_A$ : $K_A = \frac{[A^-]_{eq}[H_3O^+]_{eq}}{[AH]_{eq}}$ . On définit $pK_A = -\log(K_A)$ .
Taux d'avancement $\tau$ : $\tau = \frac{[H_3O^+]_{eq}}{C}$ . Si $\tau < 1$ , la réaction est limitée.

Méthodes à maîtriser

Calculer le pH à partir de la concentration : $pH = -\log[H_3O^+]$ .
Utiliser le diagramme de prédominance : si $pH < pK_A$ , l'acide prédomine. Si $pH > pK_A$ , la base prédomine.
Déterminer l'équivalence lors d'un titrage : $n(acide) = n(base)$ à l'équivalence.

Exemples corrigés

Calcul de $\tau$ : Pour une solution d'acide éthanoïque à $10^{-2} mol/L$ de pH = 3,4. $[H_3O^+] = 10^{-3,4} \approx 3,98 \times 10^{-4} mol/L$ . $\tau = \frac{3,98 \times 10^{-4}}{10^{-2}} = 3,98 \times 10^{-2} = 3,98\%$ . La réaction est limitée.

Erreurs fréquentes

Oublier que $K_e$ dépend de la température.
Confondre $x_{max}$ (calculé avec le réactif limitant) et $x_f$ (calculé avec le pH).
Utiliser la formule $pH = pK_A + \log([Base]/[Acide])$ hors de l'équilibre.

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 : $K_e = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
Constante d'acidité $K_A$ : $K_A = \frac{[A^-]{eq}[H_3O^+]{eq}}{[AH]_{eq}}$. On définit $pK_A = -\log(K_A)$.
Taux d'avancement $\tau$ : $\tau = \frac{[H_3O^+]_{eq}}{C}$. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

Méthodes à maîtriser

Calculer le pH à partir de la concentration : $pH = -\log[H_3O^+]$.
Utiliser le diagramme de prédominance : si $pH < pK_A$, l'acide prédomine. Si $pH > pK_A$, la base prédomine.
Déterminer l'équivalence lors d'un titrage : $n(acide) = n(base)$ à l'équivalence.

Exemples corrigés

Calcul de $\tau$ : Pour une solution d'acide éthanoïque à $10^{-2} mol/L$ de pH = 3,4. $[H_3O^+] = 10^{-3,4} \approx 3,98 \times 10^{-4} mol/L$. $\tau = \frac{3,98 \times 10^{-4}}{10^{-2}} = 3,98 \times 10^{-2} = 3,98%$. La réaction est limitée.

Erreurs fréquentes

Oublier que $K_e$ dépend de la température.
Confondre $x_{max}$ (calculé avec le réactif limitant) et $x_f$ (calculé avec le pH).
Utiliser la formule $pH = pK_A + \log([Base]/[Acide])$ hors de l'équilibre.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Contrôle de l'évolution des systèmes chimiques (Acides et bases)

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

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach l'acide 9wi wla da3if?

Chouf l'qima dyal $\tau$ (tau). Ila kan $\tau = 1$ , l'acide 9wi (tafa3ol koli).
Ila kan $\tau < 1$ , l'acide da3if (tafa3ol mahdod).
Momkin t3refha hta b $pH$ : ila kan $pH = -\log(C)$ , l'acide 9wi.

💡 À retenir : L'acide 9wi kayt2ayyan kollo f l'ma, l'acide da3if kayt2ayyan ghir chwiya.

Chouf l'qima dyal $\tau$ (tau). Ila kan $\tau = 1$, l'acide 9wi (tafa3ol koli).
Ila kan $\tau < 1$, l'acide da3if (tafa3ol mahdod).
Momkin t3refha hta b $pH$ : ila kan $pH = -\log(C)$, l'acide 9wi.

💡 À retenir : L'acide 9wi kayt2ayyan kollo f l'ma, l'acide da3if kayt2ayyan ghir chwiya.

Chno hiya l'far9 bin l'équivalence w l'état d'équilibre?

L'état d'équilibre : c'est l'état final d'un système chimique qui n'évolue plus spontanément.
L'équivalence : c'est un point précis lors d'un titrage où les réactifs sont mélangés dans les proportions stœchiométriques.

💡 À retenir : L'équivalence est un outil expérimental, l'équilibre est une propriété thermodynamique du système.

Kifach n7seb pH dyal khalit fih acide o base dyalo?

Khod l'mou3adala : $pH = pK_A + \log\left(\frac{[Base]}{[Acide]}\right)$ .
3awd b'tarakiz dyal l'base o l'acide li 3ndk f l'khalit.
Hseb l'qima.

💡 À retenir : Had l'mou3adala katkhdem ghir ila kan l'khalit f halat tawaazon (équilibre).

Khod l'mou3adala : $pH = pK_A + \log\left(\frac{[Base]}{[Acide]}\right)$.
3awd b'tarakiz dyal l'base o l'acide li 3ndk f l'khalit.
Hseb l'qima.

💡 À retenir : Had l'mou3adala katkhdem ghir ila kan l'khalit f halat tawaazon (équilibre).

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

Non, le $pK_A$ est une constante qui dépend uniquement de la température pour un couple donné. La dilution modifie le pH et les concentrations, mais pas la valeur du $pK_A$ .

💡 À retenir : $pK_A$ est une caractéristique intrinsèque du couple acide/base.

Non, le $pK_A$ est une constante qui dépend uniquement de la température pour un couple donné. La dilution modifie le pH et les concentrations, mais pas la valeur du $pK_A$.

💡 À retenir : $pK_A$ est une caractéristique intrinsèque du couple acide/base.

Pourquoi le pH de l'eau pure est 7 à 25°C ?

Dans l'eau pure, $[H_3O^+] = [OH^-]$ . Comme $K_e = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$ , alors $[H_3O^+]^2 = 10^{-14}$ , donc $[H_3O^+] = 10^{-7} mol/L$ . Le pH est $-\log(10^{-7}) = 7$ .

💡 À retenir : Le pH dépend de la concentration en ions oxonium.

Dans l'eau pure, $[H_3O^+] = [OH^-]$. Comme $K_e = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$, alors $[H_3O^+]^2 = 10^{-14}$, donc $[H_3O^+] = 10^{-7} mol/L$. Le pH est $-\log(10^{-7}) = 7$.

💡 À retenir : Le pH dépend de la concentration en ions oxonium.

Comment choisir un indicateur coloré pour un titrage ?

Il faut choisir un indicateur dont la zone de virage contient le pH à l'équivalence ( $pH_E$ ).

💡 À retenir : La zone de virage doit encadrer le pH de la solution à l'équivalence.

Il faut choisir un indicateur dont la zone de virage contient le pH à l'équivalence ($pH_E$).

💡 À retenir : La zone de virage doit encadrer le pH de la solution à l'équivalence.

Est-ce que tous les acides réagissent avec l'eau ?

Oui, tous les acides réagissent avec l'eau selon l'équation $AH + H_2O \rightarrow A^- + H_3O^+$ . La différence est le taux d'avancement : total pour les acides forts, limité pour les acides faibles.

💡 À retenir : L'eau est le solvant, elle joue le rôle de base pour les acides.

Oui, tous les acides réagissent avec l'eau selon l'équation $AH + H_2O \rightarrow A^- + H_3O^+$. La différence est le taux d'avancement : total pour les acides forts, limité pour les acides faibles.

💡 À retenir : L'eau est le solvant, elle joue le rôle de base pour les acides.

C'est quoi un ampholyte ?

C'est une espèce qui peut agir comme un acide dans un couple et comme une base dans un autre (ex: $HCO_3^-$ ).

💡 À retenir : L'eau est l'ampholyte le plus courant ( $H_3O^+/H_2O$ et $H_2O/OH^-$ ).

C'est une espèce qui peut agir comme un acide dans un couple et comme une base dans un autre (ex: $HCO_3^-$).

💡 À retenir : L'eau est l'ampholyte le plus courant ($H_3O^+/H_2O$ et $H_2O/OH^-$).

Comment calculer KA si on connaît le pH et la concentration ?

Écrire l'expression $K_A = \frac{[H_3O^+]^2}{C - [H_3O^+]}$ .
Calculer $[H_3O^+] = 10^{-pH}$ .
Remplacer dans la formule.

💡 À retenir : On suppose $[H_3O^+] \approx [A^-]$ car la réaction avec l'eau est prédominante.

Écrire l'expression $K_A = \frac{[H_3O^+]^2}{C - [H_3O^+]}$.
Calculer $[H_3O^+] = 10^{-pH}$.
Remplacer dans la formule.

💡 À retenir : On suppose $[H_3O^+] \approx [A^-]$ car la réaction avec l'eau est prédominante.

Est-ce que la réaction de titrage est toujours totale ?

Oui, pour qu'un titrage soit précis, la réaction doit être rapide, totale et unique.

💡 À retenir : Une réaction de titrage doit avoir une constante d'équilibre très élevée ( $K \gg 10^4$ ).

Oui, pour qu'un titrage soit précis, la réaction doit être rapide, totale et unique.

💡 À retenir : Une réaction de titrage doit avoir une constante d'équilibre très élevée ($K \gg 10^4$).

Pourquoi on utilise une solution étalon ?

Pour déterminer avec précision la concentration d'une solution inconnue par comparaison ou titrage.

💡 À retenir : La précision du résultat dépend de la précision de la concentration de la solution titrante.

Chno kayw9e3 ila zadna l'ma l'solution acide ?

L'acide se dilue, donc $[H_3O^+]$ diminue, ce qui fait augmenter le pH vers 7.

💡 À retenir : La dilution rapproche le pH de la solution vers celui de l'eau neutre (pH=7).

L'acide se dilue, donc $[H_3O^+]$ diminue, ce qui fait augmenter le pH vers 7.

💡 À retenir : La dilution rapproche le pH de la solution vers celui de l'eau neutre (pH=7).

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On considère une solution aqueuse d'acide méthanoïque $HCOOH$ de concentration $C = 1,0 \times 10^{-2} mol/L$ . Le pH mesuré est 2,9.

Écrire l'équation de la réaction avec l'eau.
Calculer le taux d'avancement final $\tau$ . La réaction est-elle totale ?
Exprimer $K_A$ en fonction de $C$ et $[H_3O^+]$ . Calculer sa valeur.

Exercice 1

On considère une solution aqueuse d'acide méthanoïque $HCOOH$ de concentration $C = 1,0 \times 10^{-2} mol/L$. Le pH mesuré est 2,9.

Écrire l'équation de la réaction avec l'eau.
Calculer le taux d'avancement final $\tau$. La réaction est-elle totale ?
Exprimer $K_A$ en fonction de $C$ et $[H_3O^+]$. Calculer sa valeur.

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Exercice 2

Un volume $V_A = 20 mL$ d'acide chlorhydrique ( $H_3O^+ + Cl^-$ ) de concentration $C_A$ est titré par une solution d'hydroxyde de sodium ( $Na^+ + HO^-$ ) de concentration $C_B = 0,1 mol/L$ . L'équivalence est atteinte pour $V_{BE} = 15 mL$ .

Déterminer $C_A$ .
Quel est le pH à l'équivalence ? Justifier.

Exercice 2

Un volume $V_A = 20 mL$ d'acide chlorhydrique ($H_3O^+ + Cl^-$) de concentration $C_A$ est titré par une solution d'hydroxyde de sodium ($Na^+ + HO^-$) de concentration $C_B = 0,1 mol/L$. L'équivalence est atteinte pour $V_{BE} = 15 mL$.

Déterminer $C_A$.
Quel est le pH à l'équivalence ? Justifier.

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Exercice 3

On mélange $V_1 = 10 mL$ d'acide éthanoïque ( $CH_3COOH$ ) de $C_1 = 0,1 mol/L$ et $V_2 = 10 mL$ d'éthanoate de sodium ( $CH_3COO^-$ ) de $C_2 = 0,1 mol/L$ . On donne $pK_A = 4,8$ .

Calculer le pH du mélange.
Si on ajoute une goutte d'acide fort, le pH change-t-il beaucoup ? Pourquoi ?

Exercice 3

On mélange $V_1 = 10 mL$ d'acide éthanoïque ($CH_3COOH$) de $C_1 = 0,1 mol/L$ et $V_2 = 10 mL$ d'éthanoate de sodium ($CH_3COO^-$) de $C_2 = 0,1 mol/L$. On donne $pK_A = 4,8$.

Calculer le pH du mélange.
Si on ajoute une goutte d'acide fort, le pH change-t-il beaucoup ? Pourquoi ?

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