Classe inversée Acide Base

Classe Inversée

Réactions Acide-Base

BCPST 1 Chapitre TC3

Lycee clemenceau

E.Peyneau et C.Mocquard

2022-2023

Travail a effectuer ...

2022

2023

2022

Après Noël

Avant Noël

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« substance qui excite sur la langue une sensation vive et piquante"

Guyton de Morveau (1737- 1816)

Notion d'acide

Sa signification s’est étendue à partir d’une appréciation très subjective : « substance qui excite sur la langue une sensation vive et piquante », à celle plus objective de substance pouvant attaquer certains métaux. C’est à partir d’Arrhenius (1884) qu’une définition moléculaire sera donnée. Dans ce chapitre, c’est la notion d’acidité de Brønsted, adaptée à l’étude des pH, qui sera étudiée.

Si vous avez déjà envie d'une pause

INDEX

1. Définitions acide/base

5. Diagramme de distribution

2. KA

6. Constante d'équilibre de réactions A/B

3. Modélisation des acides et des bases

7. Composition à l'EF

a. Rappel : Loi d'Ostwald

8. Thanks

b. Force des acides et des bases

4. pH

I- Quelques définitions pour commencer...

Acide VS Base

Un acide de Bronsted est une espèce capable de céder un proton (ou d'en provoquer la libération par le solvant)

Une base de Bronsted est une espèce capable de capter un proton

Equation de Bronsted liée au couple AH/A-: AH = A- + H+

couple A/B

En cédant un ion H+, un acide (noté AH) forme une base (A-). L’acide et la base sont dits conjugués : ils constituent un couple acide-base Exemples : NH4+/NH3 ou CH3COOH/CH3COO-

polyAcide et polyBase

Un polyacide de Bronsted est une espèce capable de céder successivement plusieurs protons (ou d'en provoquer la libération par le solvant)

Une polybase de Bronsted est une espèce capable de capter plusieurs protons successivement

Ne pas confondre avec "hermaphrodite"

Ampholyte

Un ampholyte (ou amphotère) est une espèce qui peut intervenir en tant qu'acide ou en tant que base

Exemple : HS- est un ampholyte. Il peut perdre un H+ ou en gagner un : H2S est son acide conjugué et S2- sa base conjuguée.

Ii- kA

KA/pKA/pH

pH

KA

pKA

Grandeur sans dimension : correspondant à la constante d’équilibre associée à la réaction entre un acide AH et l’eau.

le pH et le pKA sont reliés par la relation d'Hendreson :

pKA = -log (KA)

Application n°1: ex de l'eau

KA

du couple de l'eau BASE

L'eau

est un ampholyte

H3O+/H20

pKA = 0

H2O/HO-

KA

du couple de l'eau ACIDE

Autoprotolyse

de l'eau

réaction de l'eau

pKA = 14

avec l'eau

Constante d'éq

de l'autoprotolyse

petit interlude

musical

Ke

produit ionique de l'eau

l'eau c'est de l'or

IiI- Modélisation des acides et des bases

a. RAPPEL : Loi d'Ostwald

Dissolution sous forme d'ions dans l'eau

Dispersion

Solvatation

Ionisation

L’eau est un solvant dispersant : sa grande constante diélectrique diminue la force attractive entre ions de charges opposées, donc rend facile la séparation des ions solvatés.

Lors de la solvatation, des molécules de solvant entourent les ions qui sont ainsi stabilisés. (H+ + Cl- ) (aq) --> H+ (aq) + Cl- (aq)

L’ionisation (ou la dissociation) est la formation d’une paire d’ions. Ex: HCl(g) --> (H+ + Cl- )(aq)

SOLUBILITE

Puzzle quiz

Loi de dilution d'Ostwald

Start

Question 01

Considérons la réaction de dissociation du chlorure de mercure (II) - HgCl2(s) - en ses ions constitutifs dans l’eau. La constante thermodynamique de dissociation de cette espèce est 𝐾°d = 10−2. On introduit 1 mol de ce composé dans 100 mL d’eau. Calculer le taux de dissociation 𝛼1 à l'équilibre thermodynamique.

1,4%

14%

24%

OUI !

Suite

Question 02

Ce volume est complété à 1 L ; calculer le nouveau taux de dissociation 𝛼2 à l'équilibre thermodynamique.

1,4%

14%

24%

OUI !

Suite

Question 03

Que peut on dire de l'effet de la dilution sur la dissociation d'un électrolyte?

La dilution augmente la dissociation

La dilution n'a pas d'effet sur la dissociation.

La dilution diminue la dissociation.

OUI !

LA DILUTION AUGMENTE LA DISSOCIATION D’UN ELECTROLYTE FAIBLE. A HAUTE DILUTION = FAIBLE CONCENTRATION, LES ELECTROLYTES SE COMPORTENT TOUS EN ELECTROLYTES FORTS : ILS SE DISSOCIENT ENTIEREMENT DANS LE SOLVANT.

Suite

Question 04

Quel doit être le volume total pour que le taux de dissociation atteigne 99% ?

V = 3,7 L

V = 73 mL

V = 7,3 L

Good job!

Start over?

Suite

FAUX

Essaye encore

b. Force des acides et des bases

Un acide fort dans l'eau est une espèce acide dont la réaction avec l'eau est quantitative.

Une base forte dans l'eau est une espèce basique dont la réaction avec l'eau est quantitative.

Classification des espèces acido-basiques

Acide faibleET Base faible

Base forte

Acide fort

pKA > 14

Couple dont l’acide et la base peuvent coexister en solution aqueuse dans le domaine usuel des concentrations. Ainsi, les réactions d’hydrolyses ne sont pas quantitatives.

pKA < 0

Exemples

IV- pH

pH/domaine d'acidité/diagramme de prédominance

passer PUIS cliquez sur les boutons roses pour visualiser tout le contenu

Application n°2 : Le pH des océans

Le pH des océans: Vérifier l’affirmation suivante entendue dans une conférence traitant du problème de l’acidification des océans : « une diminution de 0,1 unité de pH engendre une acidification de 30% ». Puis commenter.

V- Diagramme de distribution

Les diagrammes de distribution obtenus par simulation numérique sont plus précis que les diagrammes de prédominance : ils précisent le pourcentage (=la fraction molaire) de chaque forme acido-basique en fonction du pH. Leur tracé se fait aisément à l’aide de Python. Nous verrons cela en classe!!!

Remarques : on peut vérifier la formule d’Henderson sur ce diagramme en 1) lisant le pKa du couple A/B à l’abscisse du point d’intersection 2) voyant que les points à pKa1 correspondent aux pourcentages 9% / 91% 3) voyant que les points à pKa2 correspondent aux pourcentages 1% / 99%

Diagramme de distribution : indication du % de chaque espèce en fonction du pH

VI- Constante d'équilibre de réactions A/B

K°

K° en fonction des KA

Réaction A/B

K°

Réaction au cours de laquelle un acide de Brønsted cède un proton à une base de Brønsted pour former respectivement leur base et leur acide conjugué.

S'écrit comme toute constante d'équilibre

Comme pour les réaction redox, nous allons chercher à exprimer K° à partir des KA

Application n°3 : Calculs de K°

Donner les constantes thermodynamiques des réactions qui se produisent lorsque sont mélangés : Données : pKa(NH4+/NH3) = 9,2 ; pKa(CH3COOH/CH3COO–) = 4,8 ; pKa(H2S,HS–,S2-) = (6,9 , 12,9)

ammoniac et acide éthanoïque

ammonium et hydrogénosulfure HS-

sulfure S2- et sulfure d’hydrogène H2S

VII- Composition du système à l'EF

Méthode En 5 points

La méthode à appliquer est la méthode générale présentée dans le chapitre TC1 pour déterminer l’état final d’un système chimique. Ce qui s’ajoute ici est l’identification de la réaction à prendre en compte, car elle ne sera pas toujours donnée.

lister

Lister les couples A/B en jeu sur un axe de pKa. Entourer les entités présentes en quantité non négligeable à l’état initial.

Identifier

Identifier l’acide le plus fort (= de pKa le plus petit) et la base la plus forte (= de pKa le plus grand) parmi les entités présentes en quantité non négligeable à l’état initial.

Tableau d'avancement

Ecrire l’équation de la réaction A/B entre ces deux espèces. Dresser le tableau d’avancement (TA).

calcul K°

Calculer le K° via K°=10pKa(base)-pKa(acide)

résolution

Résoudre le polynôme qui apparaît en remplaçant, dans l’expression de K°, les activités par leur expression en fonction de l’avancement (cf TA).

Quelques applications

Et vous aurez terminé

C'est parti!

01

Déterminer le pH de l'acide chlorhydrique (Acide FORT dans l'eau) à la concentration C = 10-3 mol.L-1

pH = 0,3

pH = 3

pH = 1,3

pH = 0,001

OUI !

Nous pourrons montrer que la réaction est bien prépondérante et que l'autoprotolyse de l'eau est bien négligeable. Pour le moment nous admettrons que c'est le cas si pH <6,5

Suite

02

Quel est le pH d'une solution de soude (base FORTE dans l'eau) à la concentration C = 10-2 mol.L-1

pH= 12

pH = 2

pH = 14

OUI !

Suite

03

1) Déterminer le pH d’une solution d’acide fluorhydrique HF (pKa=3,3) à C=10-3mol.L-1.

pH = 3

pH = 1,3

pH = 3,3

pH = 13

OUI !

Suite

04

Quel est le pH d’une solution d’acide éthanoïque (pKa=4,75) à C=10-1mol.L-1 ?

pH = 1

pH = 2,9

pH = 4,75

OUI !

Suite

05

Déterminer le pH d’une solution d’éthanamine (pKa(EtNH3+/EtNH2)=10,8) à C=10-3mol.L-1.

pH = 10,7

pH = 10,3

pH = 10,8

pH = 3

OUI !

Suite

BIEN JOUE!

Suite

Ruldof ne trouvera pas le chemin de ton sapin

Nouvel essai

BILAN

6 Questions à vous poser pour vérifier que vous avez TOUT compris

Comment tracer un diagramme de prédominance?

Sais je définir les termes acide/base/couple acide-base

Comment écrire la constante d'équilibre d'une réaction A/B en fonction des KA?

Qu'est ce que le KA? Quelle relation avec le pH?

Qu'est ce qu'un acide fort? Une base forte? Un acide faible? Une base faible?

Comment déterminer la composition finale à l'équilibre? (et le pH d'une solution...

Merci d'avoir lu jusqu'au bout

E.P

C.M

Cat

Père Noël

Ouf vous y êtes arrivés... joyeuses fêtes!

Bien joué! Joyeux Noël !

"miaou"

Vous méritez d'être gâté!