Prsentation PowerPoint

Lautoprotolyse de leauLa faible conductivit rsiduelle de leau ultra-pure (0,055 S/cm 25 C) sinterprte par la prsence dune faible concentration en ions issus dinteractions entre molcules deau selon :1

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Lautoprotolyse de leauLes mesures ont donn :

H+

H+

ElectroneutralitLe produit des deux concentrations la forme dune constante dquilibre pour la raction dautoprotolyse de leau ; cest la dfinition de Kw qui sera toujours respecte pour les solutions aqueuses.

3Si, pour une quelconque raison, la concentration en H3O+(aq) augmente par rapport 10-7 M, la concentration en OH-(aq) doit diminuer afin de respecter la condition dquilibre du Kw.Dans ces conditions, le milieu est qualifi dacide.

Lautoprotolyse de leau

Si, pour une quelconque raison, la concentration en OH-(aq) augmente par rapport 10-7 M, la concentration en H3O+(aq) doit diminuer afin de respecter la condition dquilibre du Kw.Dans ces conditions, le milieu est qualifi de basique.

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Lautoprotolyse de leauComplter le tableau suivant pour une solution aqueuse.[H3O+] / mol L-110-54.10-9[OH-] / mol L-110-55.10-10Milieuneutreacide

acide10-9basique10-9basique2,5.10-6acide2.10-510-710-710-1 ?10-13 ?T0 C25 C50 C75 C100 CKw0,112.10-141,023.10-145,495.10-1419,95.10-1456,23.10-14

La constante Kw dpend significativement de la temprature :La raction dautoprotolyse de leau est-elle endothermique ou exothermique ?Combien dions [H3O+] peut-on dnombrer dans un litre deau (masse 1 kg) 25 C ?A quel pourcentage du total des particules cela correspond-il ?endothermiqueAvec une concentration molaire de 10-7 mol/L, il y a 10-7.6.1023 = 6.1016 ions par litre deau.1 kg deau correspond 1000/18 = 55,6 moles deau soit 55,6.6.1023 = 3,3.1025 molcules.Pourcentage : 100.6.1016/3,3.1025 0,0000002 % ce qui correspond environ 1 ion pour 600 millions de molcules.

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Couple acide/base

Un acide est une substance qui, par dissolution dans leau, en augmente la concentration en ions H3O+Une base est une substance qui, par dissolution dans leau, en augmente la concentration en ions OH-Le mcanisme daction sur leau dun acide procde souvent par un transfert de proton ; il se transforme ainsi en une particule capable de capter un proton, cest la base conjugue lacide. Lensemble de ces deux particules forme un couple acide/base. Un bilan symtrique prvaut pour la base.

H+

H+

H+

H+HF(aq) + H2O(l) F-(aq) + H3O+(aq)F-(aq) + H2O(l) HF(aq) + OH-(aq)couple HF/F-NH4+(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O+(aq)NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)couple NH4+/NH3HCO3-(aq) + H2O(l) CO32-(aq) + H3O+(aq)CO32-(aq) + H2O(l) HCO3-(aq) + OH-(aq)couple HCO3-/CO32-

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Couple acide/baseCertains acides agissent sur leau non pas en donnant un proton mais en capturant un ion OH- :De mme, certaines bases agissent sur leau en librant un ion OH-, gnralement par simple dissociation :

Un acide est une substance qui, par dissolution dans leau, en augmente la concentration en ions H3O+ soit en donnant un proton, soit en capturant un ion OH-.Une base est une substance qui, par dissolution dans leau, en augmente la concentration en ions OH- soit en capturant un proton, soit en librant un ion OH-.

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Couple acide/baseCertaines particules agissent comme acide dans un couple et comme base dans un autre couple. Ce sont des ampholytes.H2CO3(aq) + H2O(l) HCO3-(aq) + H3O+(aq)couple H2CO3/HCO3-HCO3-(aq) + H2O(l) CO32-(aq) + H3O+(aq)couple HCO3-/CO32-H2SO4(aq) + H2O(l) HSO4-(aq) + H3O+(aq)couple H2SO4/HSO4-HSO4-(aq) + H2O(l) SO42-(aq) + H3O+(aq)couple HSO4-/SO42-H3PO4(aq) + H2O(l) H2PO4-(aq) + H3O+(aq)couple H3PO4 /H2PO4-H2PO4-(aq) + H2O(l) HPO42-(aq) + H3O+(aq)couple H2PO4- /HPO42-HPO42-(aq) + H2O(l) PO43-(aq) + H3O+(aq)couple HPO42- /PO43-H3O+(aq) + H2O(l) H2O(l) + H3O+(aq)couple H3O+/H2OH2O(l) + H2O(l) OH-(aq) + H3O+(aq)couple H2O /OH-

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Force dun acide et de sa base conjugue

H+

H+

H+

H+

Il a t convenu que la force dun acide sera mesure par la constante dquilibre associe sa raction avec leauIl a t convenu que la force dune base sera mesure par la constante dquilibre associe sa raction avec leauSi lacide et la base appartiennent au mme couple :

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Force dun acide et de sa base conjugue

Plus un acide est fort (= plus son Ka est grand), plus sa base conjugue est faible (= plus son Kb est petit) afin de garder un produit Ka.Kb constant (10-14 25 C).AcideCoupleKaAcide actiqueCH3COOH/CH3COO-1,75.10-5Acide carbonique (1)H2CO3/HCO3-4,45.10-7Acide carbonique (2)HCO3-/CO32-4,69.10-11Acide chlorhydriqueHCl/Cl-> 104Acide cyanhydriqueHCN/CN-6,2.10-10Acide fluorhydriqueHF/F-6,8.10-4Acide nitreuxHNO2/NO2-7,1.10-4Acide nitriqueHNO3/NO3-> 103Acide sulfureux (1)H2SO3/HSO3-1,23.10-2Acide sulfureux (2)HSO3-/SO32-6,6.10-8Acide sulfurique (1)H2SO4/HSO4-> 103Acide sulfurique (2)H2SO4/HSO4-1,02.10-2Sulfure dhydrogne (1)H2S/HS-9,6.10-8Sulfure dhydrogne (2)HS-/S2-1,3.10-14Ion ammoniumNH4+/NH35,70.10-10

Quel est lacide le plus fort de la liste ci-contre ?Quelle est la base la plus forte de la liste ci-contre ?HF est-il plus fort que NH4+ ?NO2- est-elle plus forte que NO3- ?HSO3- est-il plus fort que H2SO3 ?A lexamen du tableau ci-contre, il apparat quelampholyte form aprs le dpart dun premierproton est toujours un acide plus faible quelacide non dproton (= la deuxime acidit esttoujours plus faible que la premire).Proposer une explication.

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Classification des acides et des bases

Tout comme leau sert de rfrence la mesure de la force des acides et des bases, les deux couples associs leau servent classer les acides et les bases.H3O+(aq) + H2O(l) H2O(l) + H3O+(aq) couple H3O+/H2O Ka = [H3O+]/[H3O+] = 1,00H2O(l) + H2O(l) OH-(aq) + H3O+(aq) couple H2O /OH- Ka = [H3O+].[OH-] = 10-14

HCl/Cl-

Na+/NaOH

Les acides et bases forts sont (quasi) totalement dissocis.

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Les ractions acido-basiquesDeux couples acide/base (autres que leau) sont mis en jeu.Lobjectif est de dterminer la constante dquilibre (Kc) de ces ractions.Ka1 = [Base1].[H3O+]/[Acide1]Ka2 = [Base2].[H3O+]/[Acide2]Acide1(aq) + Base2(aq) Base1(aq) + Acide2(aq)

H+H+Les constantes dacidit permettent de calculer les constantes dquilibre des ractions acido-basiques.Attention de ne pas confondre le numrateur et le dnominateur !

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Les ractions acido-basiquesCalculer la constante dacidit de la raction de HCN avec NH3.Ka(HCN/CN-) = 6,2.10-10Ka(NH4+/NH3) = 5,7.10-10(un acide faible + une base faible)HCN(aq) + NH3(aq) CN-(aq) + NH4+(aq)(raction quilibre)Calculer la constante dacidit de la raction de HCl avec NH3.Ka(HCl/Cl-) 104Ka(NH4+/NH3) = 5,7,10-10(un acide fort + une base faible)HCl(aq) + NH3(aq) Cl-(aq) + NH4+(aq)(raction complte)Calculer la constante dacidit de la raction de HCN avec NaOH.Ka(HCN/ CN-) = 6,2.10-10 Ka(Na+/NaOH) 1,6.10-15(un acide faible + une base forte)HCN(aq) + NaOH(aq) CN-(aq) + Na+(aq)(raction complte)Il suffit quun des couples soit fort pour pouvoir considrer la raction comme complte.

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Le pH des solutions aqueuses

Comme les concentrations en ions H3O+(aq) et OH-(aq) rencontres en pratique sont petites, comprises entre 1 mol/L et 10-14 mol/L, il est usuel de travailler avec le logarithme dcimal (chang de signe) de ces concentrations.

pH = - log [H3O+]Loprateur : log(grandeur) = p(grandeur) a t gnralis.pOH = - log [OH-] pour leau pure 25 C , [H3O+] = [OH-] = 10-7 pH = pOH = 7 pKa = - log Ka pKb = - log Kb pNa = - log [Na+]

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Le pH des solutions aqueusesT0 C25 C50 C75 C100 CKw0,112.10-141,023.10-145,495.10-1419,95.10-1456,23.10-14

La constante Kw dpend significativement de la temprature :Quel est le pH de neutralit pour chaque temprature ?pH 7,5 7,0 6,6 6,4 6,1Quel est le pH dune solution aqueuse dans laquelle les ions OH- sont deux fois plus nombreux que les ions H3O+ ?[H3O+].[OH-] = 10-14 = [H3O+].2.[H3O+] = 2.[H3O+]2 [H3O+] = 7,07.10-8 M pH = 7,15Quelle est la concentration en ions H3O+ dune solution aqueuse de pH 2,7 ? [H3O+] = 10-pH = 10-2,7 = 2,0.10-3 mol/LQuelle est la concentration en ions OH- dune solution aqueuse de pH 8,25 ? pOH = 14 8,25 = 5,75[OH-] = 10-pOH = 10-5,75 = 1,78.10-6 mol/L

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Le pH des solutions aqueuses solutions dacide fort Lacide fort ragit (quasi) totalement selon :A(aq) + H2O(l) B(aq) + H3O+(aq)(Ka )A lquilibre [A] 0 mol/Let le tableau de bilan de matire stablit facilement:[A][B][H3O+][OH-]Avant raction:t0CA010-710-7A lquilibre:0CA10-7 + CA10-14/[H3O+]

Initialement, leau est lquilibre de dissociation : [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol/L Kw = 10-14 mol2/L2

H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq)H2O(l)VOn ajoute nA moles de lacide (A) dans un volume V deau CA = nA/V

nA

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Le pH des solutions aqueuses solutions de base forte La base forte ragit (quasi) totalement selon :B(aq) + H2O(l) A(aq) + OH-(aq)(Kb )A lquilibre [B] 0 mol/Let le tableau de bilan de matire stablit facilement:[A][B][H3O+][OH-]Avant raction:t00CB10-710-7A lquilibre:CB010-14/[OH-]10-7 + CB

Initialement, leau est lquilibre de dissociation : [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol/L Kw = 10-14 mol2/L2

H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq)H2O(l)VOn ajoute nB moles de la base (B) dans un volume V deau CB = nB/V

nB

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Le pH des solutions aqueuses solutions dacide faible[A][B][H3O+][OH-]t0CA010-710-7CA - xx10-7 + x10-14/[H3O+]

Initialement, leau est lquilibre de dissociation : [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol/L Kw = 10-14 mol2/L2

H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq)H2O(l)VOn ajoute nA moles de lacide (A) dans un volume V deau CA = nA/V

nA Lacide faible ragit partiellement selon :A(aq) + H2O(l) B(aq) + H3O+(aq)

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Le pH des solutions aqueuses solutions de base faible[A][B][H3O+][OH-]t00CB10-710-7xCB - x10-14/[OH-]10-7 + x

Initialement, leau est lquilibre de dissociation : [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol/L Kw = 10-14 mol2/L2

H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq)H2O(l)VOn ajoute nB moles de la base (B) dans un volume V deau CB = nA/V

nB La base ragit partiellement selon :B(aq) + H2O(l) A(aq) + OH-(aq)

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Le pH des solutions aqueuses solutions dacide faible + sa base faible conjugueA ragit partiellement selon : A(aq) + H2O(l) B(aq) + H3O+ (aq) (x)B ragit partiellement selon : B(aq) + H2O(l) A(aq) + OH- (aq) (y)[A][B][H3O+][OH-]t0CACB10-710-7CA x + yCB + x - y10-7 + x10-7 + y

Initialement, leau est lquilibre de dissociation : [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol/L Kw = 10-14 mol2/L2

H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq)H2O(l)VOn ajoute nA moles de A et nB moles de B dans un volume V deau CA = nA/V et CB = nB/V

nA

nBx = [H3O+] - 10-7 et y = [OH-] - 10-7

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Rsum du calcul du pH des solutions aqueuses