📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
1. Définition de Brønsted
- Un acide est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs protons $H^+$.
- Une base est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs protons $H^+$.
- Un couple acide/base est noté $AH / A^-$, où $AH$ est l'acide et $A^-$ est sa base conjuguée. La réaction est : $AH = A^- + H^+$.
2. Le pH (Potentiel Hydrogène) Le pH mesure l'acidité d'une solution aqueuse. Il est défini par : $$pH = -\log[H_3O^+]$$ D'où l'on tire la concentration en ions hydronium : $$[H_3O^+] = 10^{-pH}$$
3. Autoprotolyse de l'eau L'eau est une espèce amphotère (acide et base). Elle subit une réaction d'autoprotolyse : $$2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-$$ Le produit ionique de l'eau à $25^\circ\text{C}$ est : $$K_e = [H_3O^+][OH^-] = 10^{-14}$$ On en déduit : $pH + pOH = 14$ avec $pOH = -\log[OH^-]$.
4. Acides et Bases Forts vs Faibles
- Acide fort : Réaction totale avec l'eau. $pH = -\log C$.
- Acide faible : Réaction limitée (équilibre). On utilise la constante d'acidité $K_a$ : $$K_a = \frac{[A^-][H_3O^+]}{[AH]}$$ $$pK_a = -\log K_a$$ Pour un acide faible de concentration $C$, on utilise souvent l'approximation : $pH \approx \frac{1}{2}(pK_a - \log C)$.
Méthodes à maîtriser
- Écrire l'équation d'une réaction acide-base : Identifier l'acide (donneur) et la base (accepteur) et équilibrer les protons.
- Calculer le pH :
- Si l'acide est fort : $pH = -\log C$.
- Si l'acide est faible : utiliser $K_a$ ou la formule simplifiée.
- Déterminer le sens d'une réaction : Comparer les $pK_a$. La réaction se fait du couple ayant le $pK_a$ le plus élevé vers celui ayant le $pK_a$ le plus faible.
Exemples corrigés
Exemple 1 : pH d'un acide fort Soit une solution d'acide chlorhydrique $HCl$ de concentration $C = 10^{-2} \text{ mol/L}$. Calcul : $HCl$ est un acide fort, donc $[H_3O^+] = C = 10^{-2} \text{ mol/L}$. $pH = -\log(10^{-2}) = 2$.
Exemple 2 : pH d'un acide faible Soit l'acide éthanoïque $CH_3COOH$ de concentration $C = 10^{-3} \text{ mol/L}$ avec $pK_a = 4,8$. Calcul : $pH = \frac{1}{2}(pK_a - \log C) = \frac{1}{2}(4,8 - \log(10^{-3})) = \frac{1}{2}(4,8 + 3) = 3,9$.
Erreurs fréquentes
- Confondre $K_a$ (valeur numérique) et $pK_a$ (valeur logarithmique).
- Utiliser la formule de l'acide fort ($pH = -\log C$) pour un acide faible.
- Oublier que le pH d'un acide est toujours $< 7$ et celui d'une base est toujours $> 7$ (à $25^\circ\text{C}$).