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Physique · Prépa concours post-bac — IAV & ENA Meknès

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 Brønsted : Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton $H^+$. Une base est capable d'en capter un.
  • Réaction acide-base : Transfert de proton entre l'acide d'un couple $(A_1H/A_1^-)$ et la base d'un autre couple $(A_2H/A_2^-)$ : $A_1H + A_2^- \rightleftharpoons A_1^- + A_2H$
  • Constante d'acidité $K_A$ : Pour un couple $AH/A^-$ dans l'eau : $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$. $K_A = \frac{[A^-]{éq} \cdot [H_3O^+]{éq}}{[AH]_{éq}}$
  • Relation $pH$ et $pK_A$ : $pH = pK_A + \log\left(\frac{[A^-]{éq}}{[AH]{éq}}\right)$
  • Taux d'avancement final $\tau$ : $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

Méthodes à maîtriser

  • Écrire l'équation d'une réaction acide-base à partir de deux couples.
  • Calculer le $pH$ d'une solution à partir de la concentration en ions oxonium : $pH = -\log[H_3O^+]$.
  • Utiliser le diagramme de prédominance : si $pH < pK_A$, l'acide prédomine ; si $pH > pK_A$, la base prédomine.

Exemples corrigés

  • Calcul de $\tau$ : Pour une solution d'acide éthanoïque à $C=10^{-2}$ mol/L de $pH=3,4$ : $x_f = [H_3O^+] \cdot V = 10^{-3,4} \cdot V$. $x_{max} = C \cdot V$. $\tau = \frac{10^{-3,4}}{10^{-2}} = 10^{-1,4} \approx 0,04$. La réaction est limitée.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que $K_e = [H_3O^+][HO^-] = 10^{-14}$ à 25°C.
  • Confondre $x_{max}$ (calculé avec le réactif limitant) et $x_f$ (calculé avec le $pH$ ou la conductivité).
  • Utiliser la formule $pH = pK_A$ quand $[A^-] = [AH]$ sans vérifier les conditions.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Transformations associées à des réactions acide-base

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Pour un acide faible, si on augmente la concentration $C$ :

❓ Questions fréquentes

Quelle est la relation entre KA et la constante d'équilibre K ?

Pour une réaction entre $A_1H$ et $A_2^-$ : $K = \frac{K_{A1}}{K_{A2}} = 10^{pK_{A2} - pK_{A1}}$.

💡 À retenir : $K = 10^{\Delta pK_A}$.

Si on dilue une solution, que devient tau ?

La dilution augmente le taux d'avancement $\tau$. Plus la solution est diluée, plus le pourcentage de molécules dissociées augmente.

💡 À retenir : Dilution = augmentation de $\tau$.

Est-ce que pH peut être négatif ?

Oui, si la concentration en ions $H_3O^+$ est supérieure à 1 mol/L, alors $pH = -\log[H_3O^+] < 0$.

💡 À retenir : $pH < 0$ est possible pour des acides très concentrés.

Kifach n7seb x{max} ila kan tafa3ol ma3 l'eau ?
  1. Écris l'équation de la réaction : $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$.
  2. Le réactif limitant est l'acide $AH$ (car l'eau est en excès).
  3. Donc $x_{max} = n_{initial}(AH) = C \cdot V$.

💡 À retenir : Pour une réaction avec l'eau, $x_{max}$ est toujours la quantité de matière initiale du soluté.

Wach KA katbdel ila bdelna la concentration ?

Non, $K_A$ est une constante d'équilibre. Elle ne dépend que de la température. La concentration modifie l'état d'équilibre (donc le $pH$ et $\tau$), mais pas la valeur de $K_A$.

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

Chno hiya l'espece li katghleb f l'equilibre ?

Cela dépend du $pH$ de la solution par rapport au $pK_A$ du couple :

  1. Si $pH < pK_A$, l'acide $AH$ prédomine.
  2. Si $pH > pK_A$, la base $A^-$ prédomine.
  3. Si $pH = pK_A$, $[AH] = [A^-]$.

💡 À retenir : Compare toujours $pH$ et $pK_A$.

Kifach n3ref wach tafa3ol koli wla la ?

Calcule le taux d'avancement final $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$.

  1. Si $\tau = 1$, la réaction est totale.
  2. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

💡 À retenir : $\tau$ est l'indicateur clé du caractère limité d'une réaction.

Est-ce que le pH dépend de la température ?

Oui, car le produit ionique de l'eau $K_e$ dépend de la température. Par conséquent, les concentrations en ions $H_3O^+$ à l'équilibre changent, ce qui modifie le $pH$.

💡 À retenir : $pH$ est une grandeur thermodépendante.

Comment calculer pH si on connaît KA et C ?

En supposant que la dissociation est faible ($[H_3O^+] \approx [A^-]$ et $[AH] \approx C$) :

  1. $K_A = \frac{[H_3O^+]^2}{C}$
  2. $[H_3O^+] = \sqrt{K_A \cdot C}$
  3. $pH = -\log(\sqrt{K_A \cdot C}) = 0,5(pK_A - \log C)$.

💡 À retenir : Approximation valable si $\tau < 0,1$.

Pourquoi on dit que l'eau est amphotère ?

Parce qu'elle appartient à deux couples : $H_3O^+/H_2O$ (où elle est base) et $H_2O/HO^-$ (où elle est acide).

💡 À retenir : Une espèce amphotère peut réagir comme acide ou comme base.

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

Non, seulement si la réaction est totale. Dans la plupart des réactions acide-base faibles, $x_f < x_{max}$.

💡 À retenir : $x_f$ est l'avancement réel, $x_{max}$ est l'avancement théorique maximal.

Comment tracer le diagramme de prédominance ?
  1. Trace un axe gradué en $pH$.
  2. Place la valeur du $pK_A$.
  3. À gauche du $pK_A$ ($pH < pK_A$), écris la formule de l'acide.
  4. À droite du $pK_A$ ($pH > pK_A$), écris la formule de la base.

💡 À retenir : L'acide est toujours du côté des $pH$ acides (faibles).

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

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

  1. Écrire l'équation de la réaction avec l'eau.
  2. Calculer le taux d'avancement final $\tau$.
  3. Calculer la constante d'acidité $K_A$ du couple $HCOOH/HCOO^-$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

On mélange 10 mL d'acide éthanoïque ($pK_A = 4,8$) à $10^{-2}$ mol/L et 10 mL d'ammoniac ($pK_A = 9,2$) à $10^{-2}$ mol/L.

  1. Écrire l'équation de la réaction.
  2. Calculer la constante d'équilibre $K$.
  3. Conclure sur le sens de l'évolution.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Une solution d'acide faible $AH$ a un $pH = 4,0$ et un $pK_A = 5,0$.

  1. Calculer le rapport $\frac{[A^-]}{[AH]}$.
  2. En déduire le pourcentage de la forme basique.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

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