Première année de médecine dentaire Module de biophysique Chapitre

Cours de biophysique – Première année de médecine dentaire – Chapitre 2. Propriétés chimiques des solutions : pH et équilibres acido-basiques.
Professeur Karim MANSOUR – Année Universitaire 2025-2026. 16
Exercices
PROPRIETES CHIMIQUES DES SOLUTIONS BIOLOGIQUES
Exercice 1 : Une solution d’acide benzoïque (C6H5COOH) de concentration molaire 𝐶=10 𝑚𝑜𝑙/𝑙 a un pH de
3,1.
1. Montrer que l’acide benzoïque est un acide faible.
2. Ecrire l’équation de la réaction de dissociation de cet acide avec l’eau puis donner le couple acide/base
correspondant. En déduire le pKa de ce couple.
Solution.
1. Supposons que l’acide benzoïque soit un acide fort. Cela signifie qu’il se dissocierait totalement dans l’eau
et que 𝐶=[𝐻𝑂]=10.
Cependant, 𝑝𝐻=3,1 donc [𝐻𝑂]=10, =7,9.10𝑚𝑜𝑙/𝑙.
Par ailleurs, 𝐶=10𝑚𝑜𝑙/𝑙 est très supérieure à [𝐻𝑂]=7,9.10𝑚𝑜𝑙/𝑙. Ce qui signifie que l’acide
benzoïque se dissocie partiellement dans l’eau : c’est donc un acide faible.
2. La réaction de dissociation de cet acide dans l’eau est :
𝐶𝐻𝐶𝑂𝑂𝐻+𝐻0⇄𝐶𝐻𝐶𝑂𝑂+𝐻0
Le couple acide/base est 𝐶𝐻𝐶𝑂𝑂𝐻/𝐶𝐻𝐶𝑂𝑂.
L’acide benzoïque étant un acide faible, on peut donc écrire :
𝑝𝐻=1
2𝑝𝐾−𝑙𝑜𝑔(𝐶)⇒𝑝𝐾=2𝑝𝐻+𝑙𝑜𝑔(𝐶)=2×3,1+𝑙𝑜𝑔(10)=4,2
Exercice 2. Le sang peut être assimilé à une solution aqueuse ionique dont le 𝑝𝐻 (~7,4) est quasiment constant
et ne peut subir que de faibles variations (rappelons qu’en fait le sang est une suspension contenant des cellules
qui baignent dans une solution appelée plasma). La régulation de la valeur du 𝑝𝐻 se fait grâce à deux processus :
 Mise en œuvre du couple acide/base 𝐶𝑂,𝐻𝑂/𝐻𝐶𝑂
 (𝑝𝐾=6,1 à 37°C) à partir de l’équilibre :
𝐶𝑂+2𝐻𝑂⇄𝐻𝐶𝑂
+𝐻𝑂
 La respiration.
1- Donner l’expression de la constante d’équilibre 𝐾 relative au couple régulateur. En déduire la relation
entre 𝑝𝐻 et 𝑝𝐾.
2- Un échantillon de sang contient du 𝐶𝑂 à la concentration 1,5.10 mol/litre et des ions
hydrogénocarbonates 𝐻𝐶𝑂
 à la concentration de 1,6.10 𝑚𝑜𝑙/𝑙. Calculer le 𝑝𝐻 de cet échantillon
sachant que la constante d’équilibre du système est 𝐾=4,0.10.
3- Donner le domaine de prédominance des entités du couple (𝐶𝑂,𝐻𝑂)/𝐻𝐶𝑂
. Quelle est la forme
prédominante à 𝑝𝐻=7,4 ?
4- Calculer le rapport [ 
]
[,] dans le sang artériel normal.
5- Lors d’un effort physique, la concentration en dioxyde de carbone dissout dans le sang, au voisinage du
muscle, augmente. Comment devrait varier le 𝑝𝐻 du sang ?
6- Afin de minimiser cette variation du 𝑝𝐻 du sang, l’hémoglobine contenue dans le sang et la respiration
interviennent pour éliminer l’excès de dioxyde de carbone. Le transport des gaz dissouts dans le sang
peut être obtenu par l’équilibre suivant :
𝐻𝑏𝑂+𝐶𝑂⇄𝐻𝑏𝐶𝑂+𝑂
Au voisinage des poumons la quantité 𝑂 dissout augmente. Dans quel sens est déplacé l’équilibre ci-
dessus ?
CHAPITRE

Cours de biophysique – Première année de médecine dentaire – Chapitre 2. Propriétés chimiques des solutions : pH et équilibres acido-basiques.
Professeur Karim MANSOUR – Année Universitaire 2025-2026. 17
7- Au voisinage des muscles, la quantité de 𝐶𝑂dissout augmente. Dans quel sens est déplacé l’équilibre ci-
dessus ?
8- Expliquer comment la respiration permet de maintenir constante la valeur du 𝑝𝐻 sanguin.
Solution.
1. La constante d’équilibre du couple régulateur (𝐶𝑂,𝐻0)/𝐻𝐶𝑂
est
𝐾=[𝐻𝐶𝑂
].[𝐻𝑂]
[𝐶𝑂,𝐻0]⇒𝑝𝐾=𝑙𝑜𝑔[𝐶𝑂,𝐻0] [𝐻𝐶𝑂
]+𝑙𝑜𝑔1
[𝐻𝑂]
Donc
𝑝𝐻=𝑝𝐾+𝑙𝑜𝑔[𝐻𝐶𝑂
]
[𝐶𝑂,𝐻0]
2. 𝐾=4,0.10 soit 𝑝𝐾=6,4
𝑝𝐻=6,4+𝑙𝑜𝑔1,6 10
1,5 10≈7,43
3. Le domaine de prédominance des entités 𝐶𝑂 (dissout) et 𝐻𝐶𝑂
est représenté par le schéma ci-
dessous :
A pH=7,4 la forme 𝐻𝐶𝑂
 prédomine car pH>pKa.
4.
𝑝𝐻=𝑝𝐾+𝑙𝑜𝑔[𝐻𝐶𝑂
]
[𝐶𝑂,𝐻0]⇒𝑙𝑜𝑔[𝐻𝐶𝑂
]
[𝐶𝑂,𝐻0]=𝑝𝐻−𝑝𝐾
⇒[𝐻𝐶𝑂
]
[𝐶𝑂,𝐻0]=10()=10(,,)≈20
5. 𝑝𝐻=𝑝𝐾+𝑙𝑜𝑔 [
]
[,]
De ce fait, si la concentration de 𝐶𝑂 dissout augmente, le rapport [
]
[,] diminue, alors le pH du sang
diminue.
6. Au voisinage des poumons, la quantité d’𝑂dissout augmente, l’équilibre se déplace alors vers la gauche,
sens indirect (consommation d’oxygène).
7. Au voisinage des muscles, la quantité de 𝐶𝑂dissout augmente, l’équilibre se déplace alors vers la droite,
sens direct (consommation de 𝐶𝑂).
8. Lors de l’effort musculaire l’hémoglobine réagit avec le 𝐶𝑂 en formant 𝐻𝑏𝑂. La concentration en
𝐶𝑂dissout n’augmente pas et le pH du sang ne varie donc pas. Au niveau des poumons l’hémoglobine se
charge en 𝑂 et libère du 𝐶𝑂. Le sang amène 𝐻𝑏𝑂 vers le muscle. Celui-ci reçoit du 𝑂 et libère le 𝐶𝑂
excédentaire.
Exercice 3 : Calculer le volume de solution de 𝐶𝐻𝐶𝑂𝑁𝑎 0,6 𝑚𝑜𝑙/𝑙 qu’il faut ajouter à 200 𝑚𝑙 d’une solution de
𝐶𝐻𝐶𝑂𝐻 0,34 𝑚𝑜𝑙/𝑙 pour faire une solution tampon ayant un 𝑝𝐻 de 4,36.
La constante d’ionisation est de 1,8.10 pour 𝐶𝐻𝐶𝑂𝐻.
Solution.
(
𝐶𝑂
,
𝐻
0
)
𝐻𝐶
𝑂
pH
0 6,4 14
La forme acide prédomine La forme basique prédomine

Cours de biophysique – Première année de médecine dentaire – Chapitre 2. Propriétés chimiques des solutions : pH et équilibres acido-basiques.
Professeur Karim MANSOUR – Année Universitaire 2025-2026. 18
On peut utiliser les équations suivantes pour les solutions aqueuses d’acide faible ou de base faible en présence
d’un de leur sel.
[𝐻]=𝐾[𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒]
[𝑠𝑒𝑙] 𝑜𝑢 [𝑂𝐻]=𝐾[𝑏𝑎𝑠𝑒] [𝑠𝑒𝑙]
𝑝𝐻=−𝑙𝑜𝑔[𝐻]
Puisque 𝑝𝐻=4,36 donc
[𝐻]=10 =10, =4,37.10
D’où,
[𝐻]=𝐾[𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒]
[𝑠𝑒𝑙]=4,37.10 ⇒[𝑠𝑒𝑙]=1,8.10 ×0,34
4,37.10 =0,14𝑚𝑜𝑙/𝑙
Cependant, il n’y a que 200𝑚𝑙 de la solution acide, il nous faut donc
0,14×200
1000 =0,028 𝑚𝑜𝑙𝑒
La concentration de la solution de sel étant de 0,6mol/l, le volume nécessaire de cette solution est donné par :
𝑉=0,028
0,6 =47𝑚𝑙
Exercice 4 : Calculer le volume de solution de 𝑁𝐻𝐶𝑙 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝑙 qu’il faut ajouter à 100 𝑚𝑙 d’une solution de
𝑁𝐻 0,25 𝑚𝑜𝑙/𝑙 pour faire une solution tampon ayant un 𝑝𝐻 de 9,94.
La constante d’ionisation est de 1,8.10 pour 𝑁𝐻.
Solution.
Puisque 𝑝𝐻=14−9,94=4,06 donc
[𝐻]=10 =10, =8,7.10
D’où,
[𝐻]=𝐾[𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒]
[𝑠𝑒𝑙]=8,7.10 ⇒[𝑠𝑒𝑙]=1,8.10 ×0,25
8,7.10 =0,052.𝑚𝑜𝑙/𝑙
Cependant, il n’y a que 100ml de solution, il nous faut donc
0,052×100
1000 =0,0052 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠
La concentration de la solution de sel étant de 0,05mol/l, le volume nécessaire de cette solution est donné par :
𝑉=0,0052
0,05 =104𝑚𝑙
Exercice 5.
Question 1. Le sang est une solution aqueuse ionique dont le 𝑝𝐻 (~7,4) est quasiment constant et ne peut subir
que de faibles variations. La constante d’équilibre 𝐾 relative au couple régulateur 𝐶𝑂,𝐻0/𝐻𝐶𝑂
et la relation
entre 𝑝𝐻 et 𝑝𝐾 sont :
A- 𝐾=[
]
[,] B- 𝐾=[ 
]
[] C- 𝐾=[ 
].[]
[,]
D- 𝑝𝐻=𝑝𝐾+𝑙𝑜𝑔 [
]
[,] E- 𝑝𝐻=𝑝𝐾+𝑙𝑜𝑔[ 
].[]
[,]
Réponse : C, D.
Question 2. Lors de l’effort musculaire l’hémoglobine réagit avec le 𝐶𝑂 :

Cours de biophysique – Première année de médecine dentaire – Chapitre 2. Propriétés chimiques des solutions : pH et équilibres acido-basiques.
Professeur Karim MANSOUR – Année Universitaire 2025-2026. 19
A- la concentration en 𝐶𝑂 dissout diminue
B- le pH du sang ne varie pas.
C- au niveau des poumons l’hémoglobine se charge en 𝐶𝑂 et libère du 𝑂.
D- le sang amène 𝐻𝑏𝑂 vers le poumon.
E- le muscle reçoit du 𝑂 et libère le 𝐶𝑂.
Réponse : A, B, E.
Question 3. On rajoute un volume 𝑉 d’une solution de 𝐶𝐻𝐶𝑂𝑁𝑎 0,4 mol/l à 300 𝑚𝑙 d’une solution de
𝐶𝐻𝐶𝑂𝐻 0,2 mol/l pour faire une solution tampon ayant un 𝑝𝐻 de 4,25. La constante d’ionisation est de
1,8.10 pour 𝐶𝐻𝐶𝑂𝐻 et 𝑛 est le nombre de moles de sel qu’il faut rajouter.
1- [𝐻]=4,87.10 2- [𝐻]=5,62.10 3- 𝑛=0,0192 𝑚𝑜𝑙𝑒 4- 𝑛=0,0317 𝑚𝑜𝑙𝑒
5- 𝑉=70𝑚𝑙 6- 𝑉=48𝑚𝑙
A(1,3,5) B(1,3,6) C(1,4,5) D(2,4,6) E(2,3,6)
Réponse : E(2,3,6)
Solution.
On peut utiliser les équations suivantes pour les solutions aqueuses d’acide faible ou de base faible en présence
d’un de leur sel.
[𝐻]=𝐾[𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒]
[𝑠𝑒𝑙] ou [𝑂𝐻]=𝐾[𝑏𝑎𝑠𝑒] [𝑠𝑒𝑙]
𝑝𝐻=−𝑙𝑜𝑔[𝐻]
Puisque 𝑝𝐻=4,25 donc
[𝐻]=10 =10, =5,62.10𝑚𝑜𝑙
D’où,
[𝐻]=𝐾[𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒]
[𝑠𝑒𝑙]=5,62.10𝑚𝑜𝑙/𝑙
⇒[𝑠𝑒𝑙]=1,8.10 ×0,2
5,62.10 =0,064𝑚𝑜𝑙/𝑙
Cependant, il n’y a que 300𝑚𝑙 de la solution acide, il nous faut donc
𝑛=0,064×300
1000 =0,0192 𝑚𝑜𝑙𝑒
La concentration de la solution de sel étant de 0,4mol/l, le volume nécessaire de cette solution est donné par :
𝑉=0,0192
0,4 =48𝑚𝑙
Question 4. On rajoute un volume 𝑉 d’une solution de 𝑋 de 0,05 𝑚𝑜𝑙/𝑙 à 200 𝑚𝑙 𝑑’une solution de 𝑌 de
0,3 𝑚𝑜𝑙/𝑙 pour faire une solution tampon ayant un 𝑝𝐻 de 5,5. La constante d’ionisation est de 1,4 . 10 pour
𝑌 et 𝑛 est le nombre de moles de sel qu’il faut rajouter.
1- [𝐻]=0,275.10 2-[𝐻]=0,316.10 3- 𝑛≈0,34 𝑚𝑜𝑙𝑒 4 - 𝑛≈0,26𝑚𝑜𝑙𝑒
5- 𝑉≈867𝑚𝑙 6- 𝑉≈768𝑚𝑙
A(1,3,5) B(1,3,6) C(2,4,5) D(2,4,6) E(2,3,6)
Réponse : C(2,4,5)
Solution. 𝑝𝐻=−𝑙𝑜𝑔[𝐻]=5,5
[𝐻]=10 =10, =3,16.10
D’où,

Cours de biophysique – Première année de médecine dentaire – Chapitre 2. Propriétés chimiques des solutions : pH et équilibres acido-basiques.
Professeur Karim MANSOUR – Année Universitaire 2025-2026. 20
[𝐻]=𝐾[𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒]
[𝑠𝑒𝑙]=3,16.10
⇒[𝑠𝑒𝑙]=1,4.10 ×0,3
3,16.10 =1,32𝑚𝑜𝑙/𝑙
Cependant, il n’y a que 300ml de la solution acide, il nous faut donc
𝑛=1,32×200
1000 =0,26𝑚𝑜𝑙𝑒
La concentration de la solution de sel étant de 0,4mol/l, le volume nécessaire de cette solution est donné par :
𝑉=0,26
0,3 ≈867𝑚𝑙