Réactions d’échange de proton – Terminale S – Cours

Cours de tleS – Réactions d échange de proton – Terminale S

Une réaction acido-basique implique deux couples acide-base. L’acide HA d’un couple (éventuellement l’eau) échange un proton avec la base B d’un autre couple (éventuellement l’eau).

Définition du pH

Par définition, le pH d’une solution est lié à la concentration molaire en ions oxonium (ou hydronium) H.O+, par la relation :

Le pH d’une solution aqueuse est compris entre 0 et 14.

Le pH se mesure à 1’aide d’un pH-mètre.

La mesure approchée du pH se détermine à l’aide de papier pH.

La réaction acide-base

Notion d’équilibre

Une transformation chimique n’est pas totale si la réaction chimique qui la modélise est limitée par la réaction inverse.

Dans l’état final, la réaction dans le sens direct et dans le sens indirect continue à se produire. Cependant, ces réactions se font à la même vitesse. L’avancement de la réaction n’évolue plus.

À 1’état final, les réactifs et produits continuent de réagir mais leurs quantités de matière restent constantes .Au cours du temps : c’est un équilibre chimique.

On traduit cet équilibre en écrivant la réaction chimique avec une double flèche ⇌ et non pas une flèche simple (→).

L’avancement final d’un équilibre chimique est inférieur à l’avancement maximal.

Dans une réaction acide-base, la particule échangée entre un acide et une base est le proton.

Acide faible, base faible:

Un acide ou une base sont faibles en solution dans l’eau si leur réaction avec l’eau n’est pas totale.

Cette réaction est une réaction acide-base avec échange d’un proton :

Lors de la mise en solution d’un acide ou d’une base faible, il apparaît un équilibre résultant de la coexistence de deux réactions opposées. Chacune de ces réactions est limitée par l’autre.

Exemple :

À 1’équilibre, les concentrations ne varient plus, car les réactions en sens direct et indirect se produisent à la même vitesse. La réaction entre  et  produisant  et, lorsque l’équilibre est atteint, va à la même vitesse que la réaction entre  et produisant  et.

Constante d’acidité:

La transformation chimique limitée entre un acide AH et l’eau :

Est caractérisée par une constante d’équilibre Ka appelée constante d’acidité du couple AH/A et définie par :

La constante d’acidité, d’un couple acide-base mesure la force de la forme acide du couple : plus la constante d’acidité est grande (ou  faible), plus l’acide est dissocié et plus il est fort.

Acides forts :

Un acide est dit fort si sa réaction avec l’eau est totale.

Les molécules de chlorure d’hydrogène HCl, acide fort, disparaissent totalement dans l’eau.

Une solution aqueuse d’acide fort est une solution dans laquelle les seuls acides présents sont l’ion hydronium  et l’eau.

Exemples d’acides forts : le chlorure d’hydrogène HCl, l’acide sulfurique H2SO4, l’acide nitrique HNO3.

Le pH d’une solution d’acide fort de concentration C, telle que   est donné par la relation :

Bases fortes:

Une base est dite forte si sa réaction avec l’eau est totale.

Les ions éthanolate   disparaissent totalement dans l’eau :

Une solution aqueuse de base forte est une solution dans laquelle les seules bases présentes sont l’ion hydroxyde OH et l’eau.

Exemples de bases fortes : l’hydroxyde de sodium (la soude) NaOH, l’hydroxyde de potassium (la potasse) KOH, l’hydroxyde de calcium Ca(OH)2.

Le pH d’une solution de base forte de concentration C, telle que   est donné par la relation :

Mélange acide fort-base forte:

La réaction entre un acide fort et une base forte est totale et exothermique. L’énergie chimique est convertie en énergie thermique. L’élévation de température dépend des quantités qui réagissent.

Elle correspond à un transfert de proton entre l’ion oxonium HO+ et l’ion hydroxyde OH. L’équation de la réaction s’écrit :

Cette réaction est l’inverse de l’autoprotolyse de l’eau.

 



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