Reactions acido-basiques

Une reaction acido-basique est tres rapide, donc l’etat d’equilibre est toujours atteint en solution.

On n’ecrira donc pas eq.

I. Constante d’equilibre d’une reaction acido-basiqueCette reaction est un transfert d’un proton H+ de l’acide A1 sur la base B2.Elle met en jeu deux couples : A1/B1 et A2/B2.Les constantes d’acidite de ces couples sont

Ka1 �rB1s.rH3O

�s

rA1set Ka2 �

rB2s.rH3O�s

rA2s.

Les pKa de ces couples sont pKa1 � �logpKa1q et pKa2 � �logpKa2q.

Considerons la reaction entre A1 et B2.Son equation est A1 aq + B2 aq = B1 aq + A2 aq.

La constante d’equilibre associee a cette reaction est K � Qr, eq �rB1s.rA2s

rA1s.rB2seq.

On multiplie en haut et en bas par [H3O+] et on obtient :

K =Ka1

Ka2

.

K �Ka1

Ka2

�10�pKa1

10�pKa2

� 10pKa2�pKa1 � 10pKaducoupledelabasequireagit�pKadel1acidequireagit

si K ¥ 103, la reaction entre A1 et B2 est quasi-totale : on dit qu’elle est quantitative (elle permet de fairedes dosages). si K   103, la reaction entre A1 et B2 est partielle. si K   10-3, la reaction entre A1 et B1 est quasi-inexistante.

II. Exemples1. Dissolution d’un acide faible dans l’eauOn dissout de l’acide benzoıque C6H5-COOH dans de l’eau.C6H5-COOH est l’acide du couple C6H5-COOH/C6H5-COO- de pKa1 = 4,2.H2O est la base du couple H3O

+/H2O de pKa2 = 0. L’equation de la reaction acido-basique est C6H5-COOH + H2O = C6H5-COO- + H3O

+.

La constante d’equilibre est K �rC6H5 � COO�s.rH3O

�s

rC6H5 � COOHs�

Ka1

Ka2

�10�pKa1

10�pKa2

� 10pKa2�pKa1 � 10�4,2

K = 10-4,2   10-3 donc la reaction est quasi-inexistante.Donc pour une solution d’acide benzoıque de concentration C, [C6H5-COOH] � C, mais c’est quand memecette reaction qui controle le pH de cette solution.

2. Dissolution d’une base faible dans l’eauOn dissout de l’ammoniac NH3 dans de l’eau.NH3 est la base du couple NH4

+/NH3 de pKa2 = 9,2.H2O est l’acide du couple H2O/HO- de pKa1 = 14. L’equation de la reaction acido-basique est NH3 + H2O = NH4

+ + HO-. La constante d’equilibre est K � 10pKa2�pKa1 � 10�4,8   103 donc la reaction est quasi-inexistante.Donc pour une solution d’ammoniac de concentration C, [NH3] � C, mais c’est quand meme cette reactionqui controle le pH de cette solution.

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3. Reaction acide fort, base forteOn fait reagir une solution d’acide chlorhydrique (H3O

+ + Cl-) avec une solution de soude (Na+ + HO-).Na+ et Cl- sont des especes indifferentes.H3O

+ est l’acide du couple H3O+/H2O de pKa1 = 0.

HO- est la base du couple H2O/HO- de pKa2 = 14. L’equation de la reaction acido-basique est H3O

+ + HO- = 2H2O.

La constante d’equilibre est K �1

Ke� 10pKe � 1014 ¡¡ 103

donc la reaction est quasi-totale : elle est quantitative.

4. Reaction acide faible, base forteOn fait reagir une solution d’acide acetique ou acide ethanoıque (CH3-COOH) avec une solution de soude ouhydroxyde de sodium (Na+ + HO-).Na+ est une espece indifferente.CH3-COOH est l’acide du couple CH3-COOH/CH3-COO- de pKa1 = 4,8.HO- est la base du couple H2O/HO- de pKa2 = 14. L’equation de la reaction acido-basique est CH3-COOH + HO- = CH3-COO- + H2O.

La constante d’equilibre est K �rCH3 � COO�s

rCH3 � COOHs.rHO�s�

Ka1

Ka2

� 10pKa2�pKa1 � 109,2 ¡¡ 103

donc la reaction est quasi-totale : elle est quantitative.

III. Applications : dosages ou titrages acido-basiques de quelques solutions1. Definition

Titrer ou doser une solution d’acide ou de base consiste a determiner la concentration molaire C decette solution.

2. Caracteristiques d’une reaction de dosageUne reaction de dosage doit etre rapide et quasi-totale.Son taux d’avancement final est environ egal a 1.

3. Equivalence Definition :

A l’equivalence, les reactifs de la reaction du dosage ont ete introduits dans des proportions stœ-chiometriques.

Reperage de l’equivalence :- methode de la fonction derivee- methode des tangentes paralleles- utilisation d’un indicateur colore : un indicateur colore convient au reperage de l’equivalence d’undosage si sa zone de virage contient pHE, le pH du melange reactionnel a l’equivalence.

Cas d’un dosage d’un acide par une base :

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- le point d’equivalence E est le point de la courbe pH = f(Vb) pour lequel le coefficient directeur de latangente a la courbe est maximal.

- le sommet de la courbedpH

dV b= g(Vb) a une abscisse VbE = le volume de soude verse a l’equivalence.

Cas d’un dosage d’une base par un acide :

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- le point d’equivalence E est le point de la courbe pH = f(Va) pour lequel le coefficient directeur negatif dela tangente a la courbe est minimal.

- le sommet de la courbedpH

dV a= g(Va) a une abscisse VaE = le volume d’acide chlorhydrique verse a

l’equivalence.

4. Qualite du dosageLe dosage est d’autant plus precis que le saut de pH est grand. quand on dose des solutions acides de meme concentration par une meme solution de soude, l’equivalenceest determinee avec d’autant plus de precision que le pKa de l’acide dose est plus faible (acide plus fort). quand les concentrations des solutions sont plus grandes, la variation du pH a l’equivalence est plus impor-tante et plus subite, donc la determination de l’equivalence est plus precise.

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