Guide révision Physique-Chimie Terminale – Transformations acide-base

Guide révision Physique-Chimie Terminale

Transformations acide-base

Une fiche complète pour revoir la définition des acides et des bases au sens de Brønsted, les couples acide/base, les réactions acide-base, la notion de pH et les méthodes de mesure du pH.

En résumé

Dans le modèle de Brønsted, un acide est une espèce capable de céder un proton H⁺, tandis qu’une base est une espèce capable de capter ce proton. Une réaction acide-base correspond donc à un transfert de proton entre deux espèces conjuguées. Le caractère acide, basique ou neutre d’une solution se lit grâce au pH, qui dépend de la concentration en ions oxonium H₃O⁺.

AcideEspèce qui donne un proton H⁺.

BaseEspèce qui capte un proton H⁺.

pHGrandeur liée à la concentration en ions H₃O⁺.

Idée clé : tout le chapitre repose sur le même fil conducteur : repérer qui cède le proton, qui le reçoit, et relier cela au pH de la solution.

Ce qu’il faut savoir faire

Définir un acide et une base au sens de Brønsted.
Reconnaître un couple acide/base et écrire sa notation.
Identifier les espèces conjuguées dans une équation chimique.
Écrire l’équation d’une réaction acide-base en faisant apparaître le transfert de proton.
Distinguer solution acide, neutre et basique grâce au pH.
Utiliser les relations pH = -log([H₃O⁺]) et [H₃O⁺] = 10^-pH.
Expliquer l’effet d’une dilution sur le pH et sur [H₃O⁺].
Choisir entre papier pH et pH-mètre selon la précision attendue.

1. Les acides et les bases

a. Définition au sens de Brønsted

Dans l’approche de Brønsted, une espèce acide est une espèce capable de donner un proton H⁺. À l’inverse, une base est une espèce capable de recevoir un proton H⁺.

AcideOn peut l’écrire sous une forme générale AH. Lorsqu’il cède H⁺, il devient sa base conjuguée A^–.

AH → A^– + H⁺

BaseOn peut l’écrire sous une forme générale A^–. Lorsqu’elle capte H⁺, elle devient son acide conjugué AH.

A^– + H⁺ → AH

b. Couples acide/base

Un couple acide/base rassemble deux espèces qui ne diffèrent que par la présence d’un proton. On note ce couple sous la forme :

AH / A^–

Exemples classiques : CH₃COOH / CH₃COO^–, HCOOH / HCOO^–, NH₄⁺ / NH₃, H₃O⁺ / H₂O, H₂O / HO^–.

Espèce	Rôle possible	Couple associé
H₃O⁺	Acide	H₃O⁺ / H₂O
H₂O	Base dans le couple H₃O⁺ / H₂O, acide dans le couple H₂O / HO⁻	Amphotère
HO⁻	Base	H₂O / HO⁻
NH₄⁺	Acide	NH₄⁺ / NH₃
NH₃	Base	NH₄⁺ / NH₃

Point important : l’eau peut à la fois capter un proton et en céder un. On dit qu’elle est amphotère ou ampholyte.

2. La réaction acide-base

a. Principe général

Une réaction acide-base est une transformation chimique au cours de laquelle un proton est transféré d’un acide d’un couple vers la base d’un autre couple. Si l’on note les deux couples AH / A^– et BH⁺ / B, l’écriture générale est :

AH + B ⇌ A^– + BH⁺

L’acide AH donne H⁺ et devient A^–. La base B capte H⁺ et devient BH⁺.

b. Exemples utiles

Acide éthanoïque + eau : CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO^– + H₃O⁺.
Ammoniac + eau : NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + HO^–.
Neutralisation : H₃O⁺ + HO^– → 2 H₂O.

c. Comment reconnaître qui réagit ?

Il faut rechercher une espèce capable de céder un proton et une autre capable de le capter. Les couples conjugués facilitent cette lecture. Une réaction acide-base ne met donc pas en jeu un transfert d’électrons, contrairement aux transformations d’oxydoréduction.

Méthode : pour écrire correctement l’équation, repère d’abord les deux couples acide/base, puis relie l’acide du premier couple à la base du second.

3. Le pH d’une solution

a. Définition

Le pH d’une solution aqueuse est une grandeur liée à la concentration en ions oxonium H₃O⁺. Dans les conditions usuelles du programme :

pH = – log([H₃O⁺]) avec [H₃O⁺] en mol·L^-1

On en déduit immédiatement :

[H₃O⁺] = 10^-pH

b. Interprétation

Solution acideLe pH est inférieur à 7 et la concentration en ions H₃O⁺ est relativement élevée.

Solution neutreLe pH est voisin de 7 dans les conditions usuelles.

Solution basiqueLe pH est supérieur à 7 et la concentration en ions H₃O⁺ est plus faible.

c. Effet d’une variation de pH

L’échelle de pH étant logarithmique, une variation d’une unité de pH correspond à une variation d’un facteur 10 sur [H₃O⁺]. Par exemple, si le pH passe de 2 à 3, la concentration en ions oxonium est divisée par 10.

pH	[H₃O⁺] (mol·L⁻¹)	Nature
1	10^-1	Très acide
3	10^-3	Acide
7	10^-7	Neutre
10	10^-10	Basique

Attention : lorsqu’on calcule [H₃O⁺] à partir du pH, il faut bien utiliser la puissance de 10 négative. C’est une erreur très fréquente.

4. Mesure du pH

a. Papier pH et pH-mètre

Le papier indicateur de pH permet d’obtenir rapidement une estimation. Le pH-mètre donne une valeur plus précise, à condition d’être correctement étalonné et rincé entre deux mesures.

Papier pHMéthode simple et rapide ; la lecture se fait en comparant une couleur à une échelle.

pH-mètreAppareil plus précis ; il faut l’étalonner, rincer l’électrode et éviter toute contamination de la solution.

b. Quelques précautions expérimentales

Porter les protections adaptées si la solution est corrosive ou irritante.
Utiliser une petite quantité de solution pour la mesure.
Rincer le matériel après usage pour ne pas fausser les mesures suivantes.
Pour une dilution, toujours distinguer solution mère et solution fille.

À retenir : la dilution d’une solution acide fait généralement augmenter son pH ; la dilution d’une solution basique fait généralement diminuer son pH en le rapprochant de 7.

Mots-clés à connaître

Chaque notion est prévue pour renvoyer vers le Lexique Physique-Chimie.

Acide Base Couple acide/base Espèces conjuguées Donneur de proton Accepteur de proton Réaction acide-base Ion oxonium H₃O⁺Ion hydroxyde HO⁻pH pH-mètre Papier indicateur Solution acide Solution basique Solution neutre Ampholyte Dilution

Carte mentale de synthèse

Transformations acide-base

AcideDonne un proton H⁺.

BaseCapte un proton H⁺.

Couple acide/baseDeux espèces conjuguées qui diffèrent d’un proton.

Réaction acide-baseTransfert de proton entre deux couples.

pHLié à la concentration en ions H₃O⁺.

MesurePapier pH pour une estimation, pH-mètre pour la précision.

Erreurs fréquentes

Confondre acide et solution acide
Un acide est une espèce chimique ; une solution acide est une solution dont le pH est inférieur à 7.

Oublier la logique de Brønsted
Le critère n’est pas la charge de l’espèce, mais sa capacité à céder ou capter H⁺.

Mal écrire un couple
Dans un couple acide/base, les deux espèces ne diffèrent que par un proton.

Inverser la formule du pH
Le pH vaut -log([H₃O⁺]) et non l’inverse.

Oublier l’effet logarithmique
Un changement d’une unité de pH correspond à un facteur 10 sur [H₃O⁺].

Prendre le papier pH pour un appareil précis
Le papier pH est pratique, mais moins précis qu’un pH-mètre.

QCM interactif

Choisis une réponse : la case devient verte si elle est correcte et rouge si elle est fausse.

1. Selon Brønsted, un acide est une espèce qui :

2. Selon Brønsted, une base est une espèce qui :

3. Dans le couple acide/base AH / A⁻ :

4. L’ion oxonium est noté :

5. Une solution acide vérifie généralement :

6. Une solution basique vérifie généralement :

7. La relation entre pH et concentration en ions oxonium est :

8. Si le pH augmente d’une unité, la concentration [H₃O⁺] :

9. Une réaction acide-base met en jeu :

10. Pour mesurer précisément un pH, on utilise plutôt :

11. Le papier pH permet :

12. Une espèce capable à la fois de céder et de capter un proton est :

Mini-entraînement

Cherche d’abord seul, puis clique sur Soluce.

Exercice 1

Dans le couple CH₃COOH / CH₃COO^–, identifier l’acide et la base.

Correction : CH₃COOH est l’acide, car il peut céder un proton H⁺. CH₃COO^– est la base conjuguée.

Exercice 2

Une solution a un pH égal à 3,0. Calculer la concentration en ions H₃O⁺.

Correction : [H₃O⁺] = 10^-3 mol·L^-1.

Exercice 3

Écrire l’équation de la réaction acide-base entre l’ion oxonium H₃O⁺ et l’ion hydroxyde HO^–.

Correction : H₃O⁺ + HO^– → 2 H₂O.

Exercice 4

Une solution basique est diluée. Son pH se rapproche-t-il de 7 par valeurs croissantes ou décroissantes ?

Correction : pour une solution basique, la dilution fait décroître le pH vers 7.

Exercice 5

L’eau est-elle acide, basique ou les deux selon Brønsted ? Justifier.

Correction : l’eau peut céder un proton dans le couple H₂O / HO^– et capter un proton dans le couple H₃O⁺ / H₂O. Elle est donc amphotère.

Conclusion : pour réussir ce chapitre, il faut savoir faire le lien entre les espèces chimiques, les couples acide/base, l’écriture de la réaction et la lecture du pH.