Exercice sur le thème acides bases

Questions

* Énoncez la formule permettant de calculer le pH d'une solution aqueuse, en définissant chaque terme.

* L'autoprotolyse de l'eau est un équilibre chimique. Écrivez l'équation chimique de cette réaction et donnez l'expression du produit ionique de l'eau (Kw) à 25°C.

* Définissez le pKa et expliquez comment il est lié à la force d'un acide.

* L'acide acétique (CH₃COOH) a un pKa d'environ 4,75. Que peut-on en déduire concernant sa force par rapport à un acide ayant un pKa de 1 ?

* Utilisez l'équation de Henderson-Hasselbalch pour calculer le pH d'une solution tampon contenant un acide faible HA (concentration 0,1 mol.L⁻¹) et sa base conjuguée A⁻ (concentration 0,2 mol.L⁻¹).

* Expliquez, en utilisant le concept de diagramme de prédominance, dans quelles conditions un acide faible HA prédomine sous sa forme acide et dans quelles conditions il prédomine sous sa forme basique A⁻.

* Le jus de citron est mentionné comme étant acide. Comment cela se traduit-il en termes de concentration en ions oxonium [H₃O⁺] et de pH ?

* Si une solution a un pH de 3, quelle est la concentration en ions oxonium [H₃O⁺] ?

* Quelle est la différence fondamentale entre la définition du pH et celle du pKa ?

* Un acide faible HA a une constante d'acidité Ka de 1.8 x 10⁻⁵. Calculez son pKa.

Corrigé

Question 1

Le pH est défini par la formule : , où [H₃O⁺] représente la concentration molaire en ions oxonium (en mol.L⁻¹).

Question 2

L'équation chimique de l'autoprotolyse de l'eau est : . Le produit ionique de l'eau à 25°C est : .

Question 3

Le pKa est défini comme le logarithme décimal de l'inverse de la constante d'acidité Ka : . Plus le pKa est petit, plus l'acide est fort, car une petite valeur de pKa correspond à une grande valeur de Ka.

Question 4

L'acide acétique a un pKa de 4,75, tandis que l'autre acide a un pKa de 1. Puisque plus le pKa est petit, plus l'acide est fort, l'acide avec un pKa de 1 est plus fort que l'acide acétique.

Question 5

En utilisant l'équation de Henderson-Hasselbalch : . Dans ce cas, on ne connait pas le pKa de l'acide HA, mais on peut utiliser la formule pH = log₁₀([A⁻]/[HA]). pH = log₁₀(0.2/0.1) = log₁₀(2) ≈ 0.30.

Question 6

Un diagramme de prédominance montre les espèces prédominantes (HA ou A⁻) en fonction du pH. HA prédomine lorsque le pH est inférieur au pKa, et A⁻ prédomine lorsque le pH est supérieur au pKa. À pH = pKa, les concentrations de HA et A⁻ sont égales.

Question 7

Le jus de citron étant acide, cela signifie que sa concentration en ions oxonium [H₃O⁺] est supérieure à , et son pH est inférieur à 7.

Question 8

Si le pH est de 3, alors .

Question 9

Le pH mesure l'acidité ou la basicité d'une solution en fonction de la concentration en ions oxonium [H₃O⁺]. Le pKa caractérise la force d'un acide en fonction de sa constante d'acidité Ka.

Question 10

.

pH et pKa : Équilibres acido-basiques en solution aqueuse