TD_chapitre_13_-_aci..

TD#Chapitre#12#:#Réactions#acido-basiques###############PCSI#1,#2,#3#
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1#
CHAPITRE#12#:#REACTIONS#ACIDO-BASIQUES#
!
Ce!qu’il!faut!savoir!:!
Définition#de#la#constante#d’acidité#KA#d’un#couple#acido-basique.#
Notion#d’acide#fort,#acide#faible,#base#forte,#base#faible,#ampholyte,#polyacide,#polybase#
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Ce!qu’il!faut!savoir!faire!:!
Déterminer#la#constante#d’équilibre#d’une#réaction#acido-basique.##
Tracer#un#diagramme#de#prédominance,#exploiter#un#diagramme#de#distribution.#
Déterminer#l’état#d’équilibre#d’une#solution#siège#d’une#réaction#acido-basique.#
!
Conseils!et!erreurs!à!éviter!
Comment…!calculer!la!constante!d’équilibre!d’une!réaction!acido-basique!?!
Utiliser#la#relation#de#Guldberg#et#Waage,#et#repérer#dans#l’expression#du#quotient#réactionnel#à#l’équilibre#
les#constantes#d’acidité#des#couples#(on#peut#multiplier#numérateur#et#dénominateur#par#[H3O+]#si#nécessaire).##On#
peut#aussi#utiliser#directement#K°=10pKa(base)-pKa(acide).#
Exemple':'Réaction'de'l’ammoniac'NH3'avec'l’acide'éthanoïque'CH3COOH':'NH3'+'CH3COOH'='NH4+'+'CH3COO-'
!" # $% & '()*+ &,-.
/*+01231445678
,-9*+01231442678
:0234/678
0-9;/6*+
'
On'reconnaît'en'gras'Ka(CH3COOH/CH3COO-)'et'en'non-gras'1/'Ka(NH4
+/NH3).'On'a'donc':''
$% & <=>1231442?1231445@
$A>,-./?,-9@&BCDEF>GHIJ?K23@5DEF>1231442?LHMLNNO@'
!
Comment…!déterminer!la!composition!d’une!solution!à!l’équilibre!?!!
Utiliser#la#méthode!de!la!réaction!prépondérante!:##
1) Placer#les#couples#sur#un#axe!en!pKa.#Entourer#les#espèces#introduites#dans#le#bécher.#!
2) Ecrire#l’équation#de#la#réaction#entre#l’acide!présent!le!plus!fort!et!la!base!présente!la!plus!forte#(RP).#!
3) Calculer#sa#constante!d’équilibre.#
La#réaction#prépondérante#fixe#toutes#les#concentrations#à#l’équilibre.##
4) Appliquer#la#relation!de!Guldberg!et!Waage.#En#déduire#la#composition#de#la#solution#et#le#pH#final(*voir#ci-dessous).##
Les#autres#réactions#envisageables#sont#négligées.#
5) Vérifier! que# toutes# les# espèces# dont# les# concentrations# n’ont# pas# été# calculées# sont# bien# négligeables# devant#
celles#fixées#par#la#RP.#Privilégier#l’utilisation#des#diagrammes#de#prédominances#au#détriment#des#calculs.##
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Comment…!déterminer!le!pH!d’une!solution!après!avoir!appliqué!la!méthode!de!la!RP!?!
Trois#cas#de#figures#:##
1) La#RP#a#permis#de#calculer#[H3O+]eq#:#on#utilise#alors#pH#=#-log[H3O+]eq#
2) La#RP#a#permis#de#calculer#[HO-]eq#:#on#a#[H3O+]eq[HO-]eq#=#Ke,#on#peut#donc#en#déduire#[H3O+]eq#et#se#ramener#au#
cas#1.##
3) La# RP# a# permis# de# calculer# la# concentration# d’un# acide# et# de# sa# base# conjuguée#:# on# utilise# la# relation#
d’Henderson#:#P- &P$QRSTUV> QOWX
HQ WX
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TD#Chapitre#12#:#Réactions#acido-basiques###############PCSI#1,#2,#3#
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Quelques!pKA!à!25°C!:!Les#couples#en#gras#sont#à#connaître,#les#pKA#en#gras#sont#à#connaître#
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Exercice!1!:!Vrai/Faux!
A. L’acide#chlorhydrique#et#l’acide#nitrique#sont#des#acides#forts.##
B. L’ion#hydrogénocarbonate#et#l’ion#hydroxyde#sont#des#ampholytes.#
C. Plus#le#pKa#d’un#couple#acido-basique#est#élevé,#plus#l’acide#est#fort.#
D. Une#solution#d’acide#chlorhydrique#de#concentration#C#=#1,0.10-2#mol.L-1#a#un#pH#=#2,0.#
E. Une#solution#d’acide#méthanoïque#HCOOH#(pKa#=#3,8)#de#concentration#C#=#1,0.10-2#mol.L-1#a#un#pH#=#2,0.#
F. Plus#l’acide#est#fort,#plus#sa#base#conjuguée#est#forte.#
G. Si#le#pKa#d’un#couple#est#4,#alors#il#s’agit#d’un#acide#faible#:#il#se#dissocie#partiellement#dans#l’eau.#
H. Soient#deux#couples#AH/A-#de#pKA=4#et#A’H/A’-#de#pKA’=9,#la#réaction#de#AH#avec#A’-#a#pour#constante#d’équilibre#
K°=105.#
I. L’eau#possède#un#pouvoir#nivelant#implique#que#l’acide#le#plus#fort#dans#l’eau#est#H3O+#et#que#la#base#la#plus#forte#
est#HO−.##
J. Le#produit#ionique#de#l’eau#est#toujours#égal#à#10-14#
K. Pour#tout#couple#AH/A-#dans#une#solution#à#l’équilibre,#pH=pKA#+#log([A-]/[AH])#(avec#le#pKA#du#couple#considéré).#
L. Le#pH#d’une#solution#tampon#varie#peu#avec#la#température.#
M. Le#pH#d’une#solution#tampon#varie#peu#lors#d’une#dilution#modérée.#
N. Une#solution#tampon#est#composée#d’un#acide#fort#et#d’une#base#forte#dans#des#proportions#semblables.#
!
Exercice!2!:!Phénomène!de!dilution!d’Ostwald#
1)# # Calculer# le# taux# de# dissociation# de# l’acide# nitreux# HNO2#dans# l’eau# dans# des# solutions#aux# concentrations# c#
suivantes.#Conclure.##
#a)#c1#=#1,0.10-1#mol.L-1# # b)#c2#=#1,0.10-3#mol.L-1# # c)#c3#=#1,0.10-5#mol.L-1#
2)#Quelle#est#la#valeur#du#pH#de#ces#trois#solutions#?#Conclure.###
Données':'voir'tableau'de'pKa'en'p.2.''
'
Nom!du!coupe!acide/!base!
Formule!
pKa!
Oxonium/eau!
H3O!+!/!H2O!
0!
Acide#sulfureux/hydrogénosulfite#
H2SO3#/#HSO3
-#
1,8#
Hydrogénosulfate/sulfate##
HSO4
-/#SO4 2-#
2,0#
Acide!phosphorique!
H3PO4!/!H2PO4
-!
2,1#
Acide#fluorhydrique/fluorure#
HF/F-#
3,2#
Acide#nitreux/ion#nitrite#
HNO2/#NO2
-#
3,3#
Acide#méthanoïque#/#méthanoate#
HCOOH/HCOO-#
3,8#
Acide#benzoïque#/#ion#benzoate#
C6H5COOH/#C6H5COO#-#
4,2#
Acide!éthanoïque!/!éthanoate!
(appelé!usuellement!acide!acétique)!
CH3COOH/!CH3COO!-!
4,8!
Acide#propanoïque#/#propanoate#
C2H5COOH/#C2H5COO#-#
4,9#
Dioxyde!de!carbone/Hydrogénocarbonate!
CO2,!H2O/HCO3
-!
6,1#
Dihydrogénophosphate/Hydrogénophosphate#
H2PO4
-/HPO4 2-#
7,2#
Ammonium!/!Ammoniac!
NH4
+/NH3!
9,2!
Acide#cyanhydrique/cyanure#
HCN/CN-#
9,3#
Phénol/Phénolate#
C6H5OH/#C6H5O#-#
9,9#
Hydrogénocarbonate/carbonate!
HCO3
-/#CO3 2-#
10,2#
Hydrogénophosphate/phosphate#
HPO4
2-/#PO4 3-#
12,3#
Eau/!ion!hydroxyde!
(ion!hydroxyde!contenu!dans!la!soude!NaOH,!la!potasse!KOH)!
H2O/!HO-!
14!

TD#Chapitre#12#:#Réactions#acido-basiques###############PCSI#1,#2,#3#
#
3#
Exercice!3!:!Diagramme!de!distribution!de!l’acide!citrique!
L’acide# citrique# de# formule# C6H8O7#est# un#
triacide,# que# l’on# notera# H3A.# Son#
diagramme#de#distribution#en#fonction#du#pH#
est# donné# ci-contre.# Les# courbes# tracées#
représentent#le#pourcentage#de#chacune#des#
formes# de# l’acide# citrique#lorsque# le# pH#
varie.#
1) Identifier#chacune#des#courbes.##
2) En#déduire#les#constantes#d’acidités#KAi#
relatives#aux#trois#couples#mis#en#jeu#
(i#=#1,2,3).##
3)#On#prépare#V#=#250#mL#de#solution#en#
dissolvant#dans#de#l’eau#distillée#m#=#1,05#g#d’acide#citrique#monohydraté#C6H8O7,#H2O.#La#solution#est#agitée#jusqu’à#
atteindre#son#état#d’équilibre.#On#notera#(S)#cette#solution#à#l’équilibre.##
On#impose#pH=6.#
a) Calculer#la#concentration#apportée#C0#en#acide#citrique.##
b) D’après# le# diagramme# de# distribution,# quelles# sont# les# formes# acido-basiques# de# l’acide# citrique# dont# la#
concentration#est#négligeable#dans#(S)#?#!
c) Déterminer,#à#l’aide#du#diagramme,#les#concentrations#des#formes#qui#ne#sont#pas#négligeables#à#ce#pH.#!
d) Calculer#les#concentrations#négligées#et#commenter.#!
!
Exercice!4!:!Composition!de!solution!à!l’équilibre#:#méthode!de!la!réaction!prépondérante#
1) Calculer#les#pH#à#l’équilibre#des#solutions#aqueuses#suivantes#:#
a) HCl,#C0#=#1,0.10-2#mol.L-1.#
b) NH3,#C0#=#1,0.10-2#mol.L-1#
c) CH3COOH,#C0#=#1,0.10-2#mol.L-1#
d) Hydrogénocarbonate#de#sodium#(Na+,#HCO3
-),#C0#=#1,0.10-2#mol.L-1#
e) Soude#(Na+,#HO-),#C0#=#1,0.10-2#mol.L-1#
2) 1L# de# solution# contient# initialement# 0,1# mol# d’acide# nitreux# HNO2#et# 0,1# mol# de# méthanoate# de# sodium#
HCOO-,#Na+.#Déterminer#la#composition#de#la#solution#à#l’équilibre,#et#indiquer#le#pH#de#la#solution.#
3) On#mélange#10,0#mL#d’une#solution#d’acide#nitreux#HNO2#à#0,020#mol.L-1#et#10,0#mL#de#solution#de#cyanure#
de#sodium#CN-,#Na+#à#0,040#mol.L-1.#Déterminer#la#composition#de#la#solution#à#l’équilibre,#et#indiquer#le#pH#
de#la#solution.#
Données':'voir'tableau'de'pKa'en'p.2.''
!
Exercice!5!:!solution!tampon!
1) Soit# une# solution# tampon# composée# d'un# mélange# de# 500# mL# d'une# solution# d'acide# éthanoïque# à##
0,40#mol.L-1#et#de#500#mL#d'une#solution#d'éthanoate#de#sodium#(Na+,CH3COO-)#à#0,60#mol.L-1.#Quel#est#son#pH#?#
2) On# ajoute# à# un# litre# de# cette# solution# 10# mL# d'acide# chlorhydrique# concentré,# correspondant# à# 0,10# mol.# En#
négligeant#la#variation#de#volume,#calculez#le#pH#obtenu#;#comparez#au#pH#de#la#solution#obtenue#en#versant#la#
même#quantité#d'acide#dans#un#litre#d'eau#pure.#Conclure.#
Données':'voir'tableau'de'pKa'en'p.2.''
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!
!
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TD#Chapitre#12#:#Réactions#acido-basiques###############PCSI#1,#2,#3#
#
4#
A!rendre!:!Exercice!6!:!régulation!du!pH!sanguin!(d’après!CCP)!
Le#sang# est#assimilé# à# une# solution# aqueuse# ionique#dont# le#pH,# voisin#de# 7,4,# est#quasiment# constant#et# ne#peut#
subir# que# de# très# faibles# variations.# La# régulation# de# ce# pH# vient# du# couple# H2CO3/HCO3
-##
dont#les#deux#espèces#sont#présentes#dans#le#sang.#H2CO3#est#le#dioxyde#de#carbone#dissous#(CO2(aq)#+#H2O(l)).#
#
1) Tracer#le#diagramme#de#prédominance#faisant#apparaître#H2CO3,#HCO3
-#et#CO3 2-.#
2) Que#peut-on#dire#de#la#concentration#de#CO3
2-#dans#le#sang#?##
3) Quelle#est#la#valeur#du#rapport#[H2CO3]/[HCO3
-]##dans#le#sang#?##
4) Qu’est-ce#qu’une#solution#tampon#?#Proposer#deux#méthodes#de#fabrication#d’une#telle#solution.#
#
Dans#certains#cas,#après#des#efforts#physiques#intenses,#des#crampes#apparaissent.#Il#se#forme#alors#dans#les#muscles#
de#l’acide#lactique#(CH3CHOHCOOH)#qui#est#transféré#dans#le#sang.#L’acide#lactique#sera#noté#AH#et#le#couple#acido-
basique#associé#AH/A-.#
5) Ecrire# l’équation# de# la# réaction# acido-basique# qui# se# déroule# dans# le# sang# en# présence# d’acide# lactique# et#
calculer#sa#constante#d’équilibre.#
6) Dans# le# sang,# avant# l’effort# musculaire,# les# concentrations# des# différentes# espèces# sont# les# suivantes#:#
#et# .# Dans# un# volume# de# 100# mL# de# sang# apparaît# alors#
3,0.10-4#mole# d’acide# lactique.# Déterminer# la# composition# de# cet# échantillon# de# sang# après# l’effort# et# en#
déduire#son#pH.#Conclure.#
7) Afin# d’éviter# cette# variation# du# pH# sanguin,# l’hémoglobine# (notée# Hb),# ainsi# que# le# phénomène# de#
respiration,#interviennent#pour# éliminer#l’excès#de# dioxyde#de# carbone#dissous.#Les#échanges# entre#les#gaz#
dissous#dans#le#sang#peuvent#être#modélisés#par#la#réaction#d’équation#HbO2(aq)# +#CO2(aq)# =# HbCO2(aq)# +#
O2(aq).#Expliquer#comment#la#respiration#permet#de#maintenir#constante#la#valeur#du#pH#sanguin.#
#
Données':'à'37°C,'température'de'l’exercice':''
pKa(H2CO3/HCO3
-)#=#6,1';'pKa(HCO3 -/CO3 2-)#=#10,2';'pKa(CH3CHOHCOOH/#CH3CHOHCOO-)#=#3,9'
HCO3
−
"
#$ %=2,7.10−2+mol.L−1
H2CO3
!
"# $=1,4.10−3+mol.L−1