TD_chapitre_13_-_aci..

TDChapitre12:Réactionsacido-basiques PCSI1,2,3
CHAPITRE12:REACTIONSACIDO-BASIQUES
Cequ’ilfautsavoir:
Définitiondelaconstanted’aciditéKAd’uncoupleacido-basique.
Notiond’acidefort,acidefaible,baseforte,basefaible,ampholyte,polyacide,polybase
Cequ’ilfautsavoirfaire:
Déterminerlaconstanted’équilibred’uneréactionacido-basique.
Tracerundiagrammedeprédominance,exploiterundiagrammededistribution.
Déterminerl’étatd’équilibred’unesolutionsièged’uneréactionacido-basique.
Conseilseterreursàéviter
Comment…calculerlaconstanted’équilibred’uneréactionacido-basique?
UtiliserlarelationdeGuldbergetWaage,etrepérerdansl’expressionduquotientréactionnelàl’équilibre
lesconstantesd’aciditédescouples(onpeutmultipliernumérateuretdénominateurpar[H3O+]sinécessaire).On
peutaussiutiliserdirectementK°=10pKa(base)-pKa(acide).
Exemple:Réactiondel’ammoniacNH3avecl’acideéthanoïqueCH3COOH:NH3+CH3COOH=NH4++CH3COO-
𝑁𝐻./ *+ [𝑪𝑯𝟑 𝑪𝑶𝑶5 ]𝒆𝒒 [𝑯𝟑 𝑶/ ]𝒆𝒒
𝐺𝑊 ∶ 𝐾° = 𝑄(,*+ =
×
𝑁𝐻9 *+ [𝑪𝑯𝟑 𝑪𝑶𝑶𝑯]𝒆𝒒 [𝐻9 𝑂 / ]*+
OnreconnaîtengrasKa(CH3COOH/CH3COO-)etennon-gras1/Ka(NH4+/NH3).Onadonc:
𝑲𝒂 (𝑪𝑯𝟑 𝑪𝑶𝑶𝑯/𝑪𝑯𝟑 𝑪𝑶𝑶5 )
J
O
𝐾° =
= 10DEF (GHI /𝑵𝑯𝟑 )5DEF (𝑪𝑯𝟑 𝑪𝑶𝑶𝑯/LHM LNN ) /
𝐾A (𝑁𝐻. /𝑁𝐻9 )
Comment…déterminerlacompositiond’unesolutionàl’équilibre?
Utiliserlaméthodedelaréactionprépondérante:
1) PlacerlescouplessurunaxeenpKa.Entourerlesespècesintroduitesdanslebécher.
2) Ecrirel’équationdelaréactionentrel’acideprésentleplusfortetlabaseprésentelaplusforte(RP).
3) Calculersaconstanted’équilibre.
Laréactionprépondérantefixetouteslesconcentrationsàl’équilibre.
4) AppliquerlarelationdeGuldbergetWaage.EndéduirelacompositiondelasolutionetlepHfinal(*voirci-dessous).
Lesautresréactionsenvisageablessontnégligées.
5) Vérifier que toutes les espèces dont les concentrations n’ont pas été calculées sont bien négligeables devant
cellesfixéesparlaRP.Privilégierl’utilisationdesdiagrammesdeprédominancesaudétrimentdescalculs.
Comment…déterminerlepHd’unesolutionaprèsavoirappliquélaméthodedelaRP?
Troiscasdefigures:
1) LaRPapermisdecalculer[H3O+]eq:onutilisealorspH=-log[H3O+]eq
2) LaRPapermisdecalculer[HO-]eq:ona[H3O+]eq[HO-]eq=Ke,onpeutdoncendéduire[H3O+]eqetseramenerau
cas1.
3) La RP a permis de calculer la concentration d’un acide et de sa base conjuguée: on utilise la relation
d’Henderson:𝑝𝐻 = 𝑝𝐾Q + log(
QO WX
HQ WX
)
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TDChapitre12:Réactionsacido-basiques PCSI1,2,3
QuelquespKAà25°C:Lescouplesengrassontàconnaître,lespKAengrassontàconnaître
Nomducoupeacide/base
Formule
Oxonium/eau
H3O+/H2O
Acidesulfureux/hydrogénosulfite
H2SO3/HSO3-
Hydrogénosulfate/sulfate
HSO4-/SO42-
Acidephosphorique
H3PO4/H2PO4-
Acidefluorhydrique/fluorure
HF/F-
Acidenitreux/ionnitrite
HNO2/NO2-
Acideméthanoïque/méthanoate
HCOOH/HCOO-
Acidebenzoïque/ionbenzoate
C6H5COOH/C6H5COO-
Acideéthanoïque/éthanoate
CH3COOH/CH3COO-
(appeléusuellementacideacétique)
Acidepropanoïque/propanoate
C2H5COOH/C2H5COO-
Dioxydedecarbone/Hydrogénocarbonate
CO2,H2O/HCO3-
Dihydrogénophosphate/Hydrogénophosphate
H2PO4-/HPO42-
Ammonium/Ammoniac
NH4+/NH3
Acidecyanhydrique/cyanure
HCN/CN-
Phénol/Phénolate
C6H5OH/C6H5O-
Hydrogénocarbonate/carbonate
HCO3-/CO32-
Hydrogénophosphate/phosphate
HPO42-/PO43-
Eau/ionhydroxyde
H2O/HO-
(ionhydroxydecontenudanslasoudeNaOH,lapotasseKOH)
pKa
0
1,8
2,0
2,1
3,2
3,3
3,8
4,2
4,8
4,9
6,1
7,2
9,2
9,3
9,9
10,2
12,3
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Exercice1:Vrai/Faux
A. L’acidechlorhydriqueetl’acidenitriquesontdesacidesforts.
B. L’ionhydrogénocarbonateetl’ionhydroxydesontdesampholytes.
C. PluslepKad’uncoupleacido-basiqueestélevé,plusl’acideestfort.
D. Unesolutiond’acidechlorhydriquedeconcentrationC=1,0.10-2mol.L-1aunpH=2,0.
E. Unesolutiond’acideméthanoïqueHCOOH(pKa=3,8)deconcentrationC=1,0.10-2mol.L-1aunpH=2,0.
F. Plusl’acideestfort,plussabaseconjuguéeestforte.
G. SilepKad’uncoupleest4,alorsils’agitd’unacidefaible:ilsedissociepartiellementdansl’eau.
H. SoientdeuxcouplesAH/A-depKA=4etA’H/A’-depKA’=9,laréactiondeAHavecA’-apourconstanted’équilibre
K°=105.
I. L’eaupossèdeunpouvoirnivelantimpliquequel’acideleplusfortdansl’eauestH3O+etquelabaselaplusforte
estHO−.
J. Leproduitioniquedel’eauesttoujourségalà10-14
K. PourtoutcoupleAH/A-dansunesolutionàl’équilibre,pH=pKA+log([A-]/[AH])(aveclepKAducoupleconsidéré).
L. LepHd’unesolutiontamponvariepeuaveclatempérature.
M. LepHd’unesolutiontamponvariepeulorsd’unedilutionmodérée.
N. Unesolutiontamponestcomposéed’unacidefortetd’unebasefortedansdesproportionssemblables.
Exercice2:Phénomènededilutiond’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=1,0.10-1mol.L-1 b)c2=1,0.10-3mol.L-1 c)c3=1,0.10-5mol.L-1
2)QuelleestlavaleurdupHdecestroissolutions?Conclure.
Données:voirtableaudepKaenp.2.
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Exercice3:Diagrammededistributiondel’acidecitrique
L’acide citrique de formule C6H8O7 est un
triacide, que l’on notera H3A. Son
diagrammededistributionenfonctiondupH
est donné ci-contre. Les courbes tracées
représententlepourcentagedechacunedes
formes de l’acide citrique lorsque le pH
varie.
1) Identifierchacunedescourbes.
2) Endéduirelesconstantesd’aciditésKAi
relativesauxtroiscouplesmisenjeu
(i=1,2,3).
3) OnprépareV=250mLdesolutionen
dissolvantdansdel’eaudistilléem=1,05gd’acidecitriquemonohydratéC6H8O7,H2O.Lasolutionestagitéejusqu’à
atteindresonétatd’équilibre.Onnotera(S)cettesolutionàl’équilibre.
OnimposepH=6.
a) CalculerlaconcentrationapportéeC0enacidecitrique.
b) D’après le diagramme de distribution, quelles sont les formes acido-basiques de l’acide citrique dont la
concentrationestnégligeabledans(S)?
c) Déterminer,àl’aidedudiagramme,lesconcentrationsdesformesquinesontpasnégligeablesàcepH.
d) Calculerlesconcentrationsnégligéesetcommenter.
Exercice4:Compositiondesolutionàl’équilibre:méthodedelaréactionprépondérante
1) CalculerlespHàl’équilibredessolutionsaqueusessuivantes:
a) HCl,C0=1,0.10-2mol.L-1.
b) NH3,C0=1,0.10-2mol.L-1
c) CH3COOH,C0=1,0.10-2mol.L-1
d) Hydrogénocarbonatedesodium(Na+,HCO3-),C0=1,0.10-2mol.L-1
e) Soude(Na+,HO-),C0=1,0.10-2mol.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+.Déterminerlacompositiondelasolutionàl’équilibre,etindiquerlepHdelasolution.
3) Onmélange10,0mLd’unesolutiond’acidenitreuxHNO2à0,020mol.L-1et10,0mLdesolutiondecyanure
desodiumCN-,Na+à0,040mol.L-1.Déterminerlacompositiondelasolutionàl’équilibre,etindiquerlepH
delasolution.
Données:voirtableaudepKaenp.2.
Exercice5:solutiontampon
1) Soit une solution tampon composée d'un mélange de 500 mL d'une solution d'acide éthanoïque à
0,40mol.L-1etde500mLd'unesolutiond'éthanoatedesodium(Na+,CH3COO-)à0,60mol.L-1.QuelestsonpH?
2) On ajoute à un litre de cette solution 10 mL d'acide chlorhydrique concentré, correspondant à 0,10 mol. En
négligeantlavariationdevolume,calculezlepHobtenu;comparezaupHdelasolutionobtenueenversantla
mêmequantitéd'acidedansunlitred'eaupure.Conclure.
Données:voirtableaudepKaenp.2.
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TDChapitre12:Réactionsacido-basiques PCSI1,2,3
Arendre:Exercice6:régulationdupHsanguin(d’aprèsCCP)
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-
dontlesdeuxespècessontprésentesdanslesang.H2CO3estledioxydedecarbonedissous(CO2(aq)+H2O(l)).
1) TracerlediagrammedeprédominancefaisantapparaîtreH2CO3,HCO3-etCO32-.
2) Quepeut-ondiredelaconcentrationdeCO32-danslesang?
3) Quelleestlavaleurdurapport[H2CO3]/[HCO3-]danslesang?
4) Qu’est-cequ’unesolutiontampon?Proposerdeuxméthodesdefabricationd’unetellesolution.
Danscertainscas,aprèsdeseffortsphysiquesintenses,descrampesapparaissent.Ilseformealorsdanslesmuscles
del’acidelactique(CH3CHOHCOOH)quiesttransférédanslesang.L’acidelactiqueseranotéAHetlecoupleacidobasiqueassociéAH/A-.
5) Ecrire l’équation de la réaction acido-basique qui se déroule dans le sang en présence d’acide lactique et
calculersaconstanted’équilibre.
6) Dans le sang, avant l’effort musculaire, les concentrations des différentes espèces sont les suivantes:
"HCO− $ = 2,7.10−2 +mol.L−1 et !H CO # = 1,4.10−3 +mol.L−1 . Dans un volume de 100 mL de sang apparaît alors
" 2 3$
3%
#
3,0.10-4 mole d’acide lactique. Déterminer la composition de cet échantillon de sang après l’effort et en
déduiresonpH.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).ExpliquercommentlarespirationpermetdemaintenirconstantelavaleurdupHsanguin.
Données:à37°C,températuredel’exercice:
pKa(H2CO3/HCO3-)=6,1;pKa(HCO3-/CO32-)=10,2;pKa(CH3CHOHCOOH/CH3CHOHCOO-)=3,9
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