Séance 12 - Les réactions acido-basiques

Sommaire

I- Les acides et les bases selon Bronsted

1-1/ Exemple de réaction acido-basique

1-2/ Définition de l’acide et de la base selon Bronsted

1-3/ Exemples d’acides et de bases usuels

II- Couples acide / base

2-1/ Définition

2-2/ Couples de l’eau

2-3/ Notion d’ampholyte

III- Équation chimique d’une réaction acido-basique

3-1/ Caractéristiques

3-2/ Indicateurs colorés acido-basiques

3-3/ Exemples de couples acido-basiques

IV- Exercices

4-1/ Exercice 1

4-2/ Exercice 2

4-3/ Exercice 3

4-4/ Exercice 4

I- Les acides et les bases selon Bronsted

1-1/ Exemple de réaction acido-basique

La réaction entre l’acide nitrique $HN{O}_3$ et l’eau produit des ions nitrate $N{O_3}^{-}$ et des ions
oxonium $H_3{O}^{+}$ selon la réaction suivante :

$HN{O}_{3\left(l\right)}+H_2{O}_{\left(l\right)}\to N{O}_{3\left(aq\right)}^{-}+H_3{O}_{\left(aq\right)}^{+}$

On constate au cours de cette équation que l’espèce chimique $HN{O}_3$ a a perdu un proton $H^{+}$, alors que l’espèce $H_{2}O$ a gagné ce proton.

Une réaction d’acido-basique est caractérisée par un transfert de proton $H^{+}$ entre un acide est une base.

I- Les acides et les bases selon Bronsted

1-2/ Définition de l’acide et de la base selon Bronsted

Un acide est une espèces chimique (molécule ou ion) capable de céder un proton $H^{+}$ lors d’une réaction chimique.

Une base est une espèce chimique (molécule ou ion) capable de capter un proton $H^{+}$ lors d’une réaction chimique.

I- Les acides et les bases selon Bronsted

1-3/ Exemples d’acides et de bases usuels

Acides du laboratoire

• Solution d’acide chlorhydrique $\left(H_3{O}_{\left(aq\right)}^{+}+C{l}_{\left(aq\right)}^{-}\right)$
• Solution d’acide nitrique $\left(H_3{O}_{\left(aq\right)}^{+}+N{O}_{3\left(aq\right)}^{-}\right)$
• Solution d’acide sulfurique $\left(2H_3{O}_{\left(aq\right)}^{+}+S{O}_{4\left(aq\right)}^{2-}\right)$
• L’acide éthanoïque $C{H}_{3}COOH$
• Solution de dioxyde de carbone $C{O}_2{H}_{2}O$

Acides de la vie courante

• Les détartrants ,Antikal, Ajax, Harpic.. (contiennent de l’acide chlorhydrique ou phosphorique)
• Le vinaigre (contient de l’acide éthanoïque)
• Le coca-cola (contient de l’acide phosphorique)…

Bases du laboratoire

• Solution d’hydroxyde de sodium ou soude $\left(N{a}_{\left(aq\right)}^{+}+H{O}_{\left(aq\right)}^{-}\right)$
• Solution d’hydroxyde de potassium $\left(K_{\left(aq\right)}^{+}+H{O}_{\left(aq\right)}^{-}\right)$
• L’ammoniac $\left(N{H}_3\right)$
• Solution de carbonate de sodium $\left(2N{a}_{\left(aq\right)}^{+}+C{O}_{3\left(aq\right)}^{2-}\right)$

Bases de la vie courante

• Déboucheur, Destop (contient de la soude)
• Levure.

II- Couples acide / base

2-1/ Définition

Un couple acide / base est constitué d’un acide et d’une base qui se transforment l’une en
l’autre par un transfert d’un proton $H^{+}$.

$Acide\rightleftarrows Base+H^{+}$

L’acide et la base sont conjugués.

Exemples

$N{H}_4^{+}/N{H}_3 ; H_{2}O/H{O}^{-} ; H_3{O}^{+} /H_{2}O$

II- Couples acide / base

2-2/ Couples de l’eau

L’eau est un ampholyte (ou espèce amphotère) car elle appartient à deux couples acido-basique :

1- l’eau est la base du couple acido-basique $H_3{O}^{+} /H_{2}O \left(H_3{O}^{+} \rightleftarrows H_{2}O+H^{+}\right)$

2- l’eau est l’acide du couple acido-basique $H_{2}O/H{O}^{-} \left(H_{2}O\rightleftarrows H{O}^{-} +H^{+}\right)$

Autre espèce amphotère : l’ion hydrogénocarbonate $HC{O}_3^{-}$

III- Équation chimique d’une réaction acido-basique

3-1/ Caractéristiques

Une réaction acido-basique fait intervenir deux couples acide/base.

Pour obtenir l’équation d’une réaction acido-basique, on peut additionner les deux demi-équations de chacun des couples acide/base mis en jeu.

Réaction entre un acide 1 et une base 2 appartenant respectivement aux couples acide 1/ base 1 et acide 2 / base 2 :

$$\begin{gathered} Acide 1 \rightleftarrows Base 1+H^{+} \\ Base 2+H^{+} \rightleftarrows Acide 2 \\ ----------- \\ Acide 1+Base 2 \to Base 1+Acide 2 \end{gathered}$$

Cette réaction s’accompagne d’une variation de pH.

Exemple : Réaction entre $H{O}^{-}$ et $C{H}_{3}COOH$

$$\begin{gathered} C{H}_{3}COOH\rightleftarrows C{H}_{3}CO{O}^{-}+H^{+} \\ H{O}^{-}+H^{+} \rightleftarrows H_{2}O \\ ------------- \\ H{O}^{-}+C{H}_{3}COOH\to C{H}_{3}CO{O}^{-}+H_{2}O \end{gathered}$$

III- Équation chimique d’une réaction acido-basique

3-2/ Indicateurs colorés acido-basiques

Un indicateur coloré est un couple acide-base dont l’acide $HIn$ et la base $I{n}^{-}$ n’ont pas la même couleur.

Son couple est noté : $HIn/I{n}^{-}$

1- En présence de l’acide $HA$, la base de l’indicateur réagit selon la réaction :

$I{n}^{-}+HA\to HIn+A^{-}$

Le mélange prend la couleur de l’espèce acide $HIn$.

2- En présence de la base $A^{-}$, l’acide de l’indicateur réagit selon la réaction :

$HIn+A^{-}\to I{n}^{-}+HA$

Le mélange prend la couleur de l’espèce basique $I{n}^{-}$.

Exemples

III- Équation chimique d’une réaction acido-basique

3-3/ Exemples de couples acido-basiques

IV- Exercices

4-1/ Exercice 1

L’acide perchlorique $HCl{O}_4$, l’acide formique $HC{O}_{2}H$ et l’ion oxonium $H_3{O}^{+}$ sont des acides au sens de Brönsted.

1. Écrire la demi-équation acido-basique qui permet de le justifier, et préciser à chaque fois le couple acide/base mis en jeu.

L’ammoniac $N{H}_3$, les ions hydroxyde $H{O}^{-}$ et sulfure $S^{2–}$ sont des bases au sens de Brönsted.

2. Écrire la demi-équation acido-basique qui permet de le justifier et préciser, à chaque fois, le couple acide/base mis en jeu.

Soit les demi-équations acido-basiques :

$H_{2}O+H^{+}\rightleftarrows H_3{O}^{+} ; N{H}_4^{+}\rightleftarrows N{H}_3+H^{+}$

3. Indiquer, en justifiant ton choix, quels sont les bases parmi les espèces chimiques ci-dessus.

4. Écrire le couple acido-basique pour chaque demi-équation acido-basique.

IV- Exercices

4-2/ Exercice 2

On donne les équations de réaction suivantes :

$$\begin{gathered} \overline{)1} C{H}_{3}N{H}_2+C{H}_{3}C{O}_{2}H\to C{H}_{3}N{H}_3^{+}+C{H}_{3}C{O}_2^{-} \\ \overline{)2} A{g}^{+}+C{l}^{–}\to AgCl \\ \overline{)3} H{O}^{–}+C_4{H}_{9}C{O}_{2}H\to H_{2}O+C_4{H}_{9}C{O}_2^{-} \\ \overline{)4} H{O}^{–}+HC{O}_3^{-}\to H_{2}O+C{O}_3^{2-} \\ \overline{)5} H_{2}C{O}_2+C{H}_{3}OH\to HC{O}_{2}C{H}_3+H_{2}O \\ \overline{)6} HCl+N{H}_3\to C{l}^{–}+N{H}_4^{+} \end{gathered}$$

1. Parmi les réactions ci-dessus, quelles sont celles qui sont des réactions acido-basiques ? Pour ces réactions, identifiez les couples acide/base mis en jeu.

Soit les couples acido-basiques suivantes :

$$\begin{gathered} \overline{)1} C{H}_{3}N{H}_3/\dots \dots \dots \dots \dots \\ \overline{)2} \dots \dots \dots \dots \dots /C{O_3}^{2-} \\ \overline{)3} H_{2}S/\dots \dots \dots \dots \dots \\ \overline{)4} \dots \dots \dots \dots \dots /HC{O_3}^{-} \end{gathered}$$

2. Compléter pour chaque couple l'entité manquante.

3. Y a-t-il une espèce ampholyte ? Si oui laquelle ?

4. Écrire les demi-équations acido-basiques associées aux couples acido-basiques de l’ampholyte.

IV- Exercices

4-3/ Exercice 3

L’ion phénolate $C_6{H}_5{O}^{-}$ est une base au sens de Brönsted.

1. Écrire la demi-équation permettant de le justifier.

2. Écrire l’équation de la réaction qui a lieu entre cette base et l’acide acétique $C{H}_{3}C{O}_{2}H$.

3. Écrire l’équation de la réaction entre l’acide nitreux $HN{O}_2$ et l’ammoniac $N{H}_3$.

4. Écrire l’équation de la réaction entre l’acide fluorhydrique $HF$ et l’ion borate $B{O}_2^{-}$.

IV- Exercices

4-4/ Exercice 4

On mélange une solution $S_1$ de l’acide éthanoïque $C{H}_{3}COOH$ de volume $V_1=20ml$ et de concentration $C_1=0.1mol.L^{-1}$, avec une solution $S_2$ de l’ammoniaque $N{H}_3$ de volume $V_2=30ml$ et de concentration $C_2=0.151 mol.L^{-1}$.

1. Écrire les demi-équations acido-basiques et déduire la réaction totale de la transformation.

2. Dresser le tableau d’avancement de la réaction.

3. Calculer les concentrations d’ions a l’état final.