Masses molaires en g.mol^-1 :  M(H) = 1 ; M(C) = 12 ; M (N) = 14 ; M (O) = 16 ; M (Na) = 23.

Les solutions sont prises à 25°C.

 Questions de cours

 

a) Définir ce qu'est un acide de Brönsted, une base de Brönsted. Citer quelques exemples courants.

b) Qu'est-ce qu'un acide faible ? ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...réaction avec l'eau.

c) L'éthylamine (C₂H₅NH₂) a un pK_a = 10,7. Quelle est l'espèce chimique prédominante dans une solution de pH : 2,7 ? 10,7 ? 12,8 ?

d) Comparer l'acidité de l'acide fluorhydrique HF (pK_a = 3,2) et de l'acide cyanhydrique HCN (pK_a = 9,2).
Que dire de la basicité de leurs bases conjuguées ?

e) Quels sont les couples de l'eau ? ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet... ?

f) Qu’est-ce qu’un indicateur coloré ?

g) Une solution aqueuse de base, de concentration C_b = 10^-2 mol.L^-1, a un pH = 11, 7. S'agit- il d'une base forte ou faible ?

Répondre par Vrai (V) ou Faux (F) en mettant une croix dans la bonne case.

	V	F
a) Plus un acide faible est dilué, plus il se comporte comme un acide fort.
b) Les espèces présentes dans une ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet... éthanoïque sont seulement CH3COO-, H3O+ et OH-.
c) Une solution aqueuse d'un acide AH de concentration Ca = 10-3 mol.L-1 a un pH = 3,8. Il s'agit donc d'un acide faible.
d) Plus un acide est fort, plus son pKa est grand.
e) Plus une base est forte, plus elle est dissociée en solution aqueuse.
f) Une solution pour laquelle pH = pKa contient autant de moles de l'espèce HA (resp. BH+) que de moles de l'espèce A- (resp. HAaq)
g) Une base ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet... du couple considéré est petit.
h) L’aniline, dont le pKa du couple est 4,6 est une base plus faible que l'ammoniaque (pKa = 9,2).

 

pKa du couple HF/F^-

Le pH d’une solution d’acide fluorhydrique de concentration C_A = 10^-2 mol.L^-1 est égal à 2,6.

Calculer la constante d’acidité K_a du couple HF/F^-, ainsi que son pK_a.

Calcul de la constante d’acidité K_a à ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...concentrations initiales

Le pH d’une solution de méthanoate de sodium de concentration C_b = 10^-2 mol.L^-1 est égal à 7,9

Calculer les concentrations des espèces chimiques présentes dans la solution. En déduire la constante d’acidité K_a du couple HCOO^-/HCOOH, ainsi que son pK_a.

Calcul de la concentration initiale en fonction du pH et de pK_a

Donnée pKa (CH3COO^-/ CH₃COOH) = 4,8

Une solution d’acide éthanoïque de concentration C_b  a un pH = 3,9.

Calculer la concentration C_a de cette solution.

Mélange d'acide éthanoïque et d'éthanoïque de sodium

On mélange 20 mL d'une solution d'acide éthanoïque de concentration C_a = 10^-1 mol.L^-1 avec un volume V_a = 30 mL d'une solution d'éthanoate de sodium obtenue en ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet... d'éthanoate de sodium dans un volume V = 100 mL d'eau pure.

Quel est le pH de la solution ?

pH de solutions d’acide et de base

Données : Les pK_a des couples acido-basiques

                      CH₃-NH / CH₃-NH₂               CH₃-COOH / CH₃-COO^-   sont respectivement de 10,8 et 4,8.

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On dispose de cinq béchers contenant chacun une solution aqueuse d'un des composés cités ci-dessous. Les solutions sont de même concentration molaire.

Numéro du bécher	1	2	3	4	5
Nom du composé	Acide nitrique	Chlorure de méthylammonium	Ethanoate de sodium	Hydroxyde de sodium	Acide éthanoïque

 

1) Ecrire les équations bilans des réactions de chacun de ces composés avec l'eau. En déduire quelles solutions sont acides et quelles solutions sont basiques.

2) Classer, par ordre de pH croissant, les cinq solutions. Justifier ce classement, sans calcul.

 Calcul du pH d’un acide faible à partir du pK_a et de sa concentration C_a

Donnée : pK_a (CH3COO^-/ CH₃COOH) = 4,8

On considère une solution d’acide éthanoïque ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau.

2) Montrer que le pH de ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...forme : pH = (pK_a – logC_a). Calculer sa valeur. On admettra que la solution d’acide n’est ni trop diluée ni trop concentrée.

3) Calculer le coefficient d’ionisation ? de l’acide éthanoïque dans cette solution.

 Calcul du pH d’une base faible à partir du pK_a et de sa concentration C_b

Donnée : pK_a (NH/NH₃) = 9,2

On considère une solution d’ammoniac de concentration C_b = 10^-2 mol.L^-1.

1) Ecrire l’équation-bilan de la réaction...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

2) Montrer que le pH de cette solution peut se mettre sous la forme : pH = 7 + (pK_a + logC_b). Calculer sa valeur. On admettra que la solution d’ammoniac n’est ni trop diluée ni trop concentrée.

3) Calculer le coefficient d’ionisation ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...de l’ammoniac dans cette solution.

Détermination expérimentale du pK_a d'un couple acido-basique

On souhaite étudier le couple acido-basique ion éthylammonium/éthylamine (C₂H₅NH/ C₂H₅NH₂) noté ensuite BH⁺/B.

1) Ecrire l'équation-bilan de la réaction de l'eau sur le chlorure d'éthylammonium.
2) On place dans un bécher un volume V_a = 50 mL d'une solution de chlorure d'éthylammonium de concentration C_a =  4.10^-2 mol.L^-1. On ajoute à l'aide d'une burette un volume V_b d'une solution aqueuse d'éthylamine de concentration C_b=  10^-1 mol.L^-1. On relève à chaque fois le pH.

V (mL)	5	10	15	20	25	30	35
pH	10,1	10,4	10,5	10,7	10,8	10,9	11,0

 

2. a- Tracer la courbe pH =f et déterminer son équation.

2. b- En déduire la valeur du pK_a du couple BH⁺/B.

 Comparaison de la force de deux acides faibles

Une solution aqueuse d'acide benzoïque de concentration 1,6.10^-2 mol.L^-1 et une solution aqueuse d'acide éthanoïque à 5,6.10^-2 mol.L^-1  ont le même pH, égal à 3,0.

1)  Ecrire pour chaque acide l'équation-bilan ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

2)  Dire qualitativement lequel de ces deux acides est le plus dissocié.

3)  Calculer le coefficient de dissociation de chaque acide.

...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

 Coefficient de dissociation et dilution

Donnée : Acide éthanoïque K_a = 1,8.10^{- 5}.

Une solution est formée d'acide éthanoïque à 0,1 mol.L^-1 On en prélève 10 mL et on complète à 100 mL avec de l'eau pure. On obtient ainsi une solution S'. On prélève 50 mL de S' et on complète à 500 mL toujours avec de l'eau pure. On obtient la solution S".

1) Calculer la concentration...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet... S' et S".

2) Ecrire l'équation-bilan de la réaction de l'acide avec l'eau.

3) Calculer pour les trois solutions le coefficient de dissociation. Conclure....télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

 Etude d’un indicateur coloré

Un indicateur coloré est un  acide faible ou une base faible d’un couple acide base dont les formes acide et bases conjuguées ont des couleurs ou teintes différentes.

L'hélianthine est, en solution aqueuse, un indicateur coloré qui peut être considéré comme un acide faible dont le couple acide/ base sera noté en abrégé HIn/In^- et a un pK_a égal à 3,8.

1) Donner l'équation chimique traduisant la réaction de l'hélianthine avec l'eau.

2) Définir la constante K_a et le pK_a de cet indicateur.

3) La couleur d'une solution contenant quelques gouttes d'hélianthine apparaît :

- rouge, couleur de sa forme acide, si [HIn] > 10 [In^-]

- jaune, couleur de sa forme basique, si [In^-] > 10 [HIn].

Quelles sont les valeurs du pH qui délimitent la zone de virage de l'indicateur coloré ?

4) Dans quel type de dosage l'utilisation de cet indicateur est-elle la plus appropriée :

- dosage d'une solution d'acide faible ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...e base forte ?

- dosage d'une solution de base faible par une solution d'acide fort ?

Justifier la réponse à l'aide d'un exemple.

5) Pourquoi, lors d'un dosage acide/base colorimétrique, utilise-t-on seulement quelques gouttes d'indicateur coloré ?

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 Détermination expérimentale de la constante d’acidité d'un couple acide-base

...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

1) On prélève V₀ = 10 mL d'une solution d'acide éthanoïque de concentration C₀ = 10^-2 mol.L^-1 ; on ajoute un volume variable V d'eau distillée.

1) Proposer un montage pour réaliser cette expérience.

2) Ecrire l'équation-bilan de la réaction.

3) Soit C la nouvelle concentration de la solution. Etablir la relation entre c, c₀, V₀ et V.

4) On mesure le pH des solutions obtenues pour différentes valeurs de V. Compléter le tableau et tracer la courbe pH = f (-logC).

V(mL)	0	10	20	40	60	90
pH	3,37	3,52	3,61	3,72	3,80	3,87
C
pC = -logC

4. a- Déterminer l'équation de l...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet....

4. b- Mettre cette équation sous la forme : pH =  (constante + pC).

En déduire la valeur de la constante d’acidité K_a de l'acide éthanoïque et son pK_a.

 Etude du couple acide benzoïque/ion benzoate : C₆H₅COOH/C₆H₅COO^-.

Couples acide/base :

Acide benzoïque/ion benzoate : pK_a = 4,2

Couples de l'eau : H₃O⁺ /H₂O : pK_a = 0    ;   H₂O/OH^- : pK_a = 14

1)  On mesure le pH d'une solution S₁ d'acide benzoïque de concentration C_a = 1,0.10^-2 mol.L^-1. Le pH-mètre indique 3,1.

1. a- Pourquoi cette mesure permet-elle d'...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...e est un acide faible dans l'eau ? Justifier.           

1. b- Ecrire l'équation-bilan de la réaction de l'acide benzoïque avec l'eau.

Donner l'expression de la constante d'acidité K_a du couple considéré.

2) On mesure ensuite le pH d'une solution S₂  de benzoate de sodium de concentration C_b = 1,0.10^-2 mol.L^-1. 
On trouve pH = 8, 1. Le benzoate de sodium (C₆H₅COONa) est un corps pur ionique dont les ions se dispersent totalement en solution.

2. a- Pourquoi la mesure du pH réalisée permet-elle d'affirmer que l'ion benzoate est une base faible dans l'eau ? Justifier.

2. b- Ecrire l...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet.... Exprimer la constante de cette réaction et calculer sa valeur.    

3) On ajoute à la solution S₁ quelques gouttes dune solution de soude. Le pH prend alors la valeur 5,2.

3. a- Indiquer, sans calcul, en utilisant une échelle de pH, quelle est l'espèce du couple qui prédomine dans la solution obtenue.

3. b- Noter, sur une échelle des pK_a l...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...S₁ et dans la solution de soude.

3. c- Ecrire l'équation-bilan de la réaction acide base qui se produit lors du mélange de la solution S₁ et de la solution de soude.

- Calculer la constante de cette réaction.

-Dire si la réaction peut être considérée ou non comme totale.

4) On réalise une solution S en mélangeant 20 cm³ de solution S₁ et 20 cm³ de solution S₂.

A partir de la réaction se produisant lors du mélange, déduire, sans calcul, que la concentration l'acide benzoïque, dans la solution S, est égale à celle de sa base conjuguée. En déduire la valeur du pH de la solution S.

 Mélange de deux acides faibles

On étudie le comportement de deux acides, l'acide éthanoïque CH₃COOH et l'acide méthanoïque HCOOH.
On donne : pK₁ = pK_a pour le couple CH₃COOH/CH₃COO^- : pK₁ = 4,8 ;
pK₂ = pK_a pour le couple HCOOH/HCOO^- : pK₂ = 3,8.

On mélange une solution aqueuse d'acide méthan6ique ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

1) Préciser, en justifiant, lequel des deux acides est le plus fort.

2) Montrer que, quels que soient les mélanges considérés, on a :          = k

k étant une constante que l'on déterminera. Montrer que la valeur de cette constante est en accord avec la réponse à la question précédente....télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet...

2) On mélange, 0, 10 mol d'acide méthanoïque et 0,30 mol d'acide éthanoïque ; on complète à 1,0 L avec de l'eau pure. Le pH du mélange est 2,35.

3) En écrivant les équations de conservation ...télécharger C7 acides faibles et bases faibles PDF pour avoir le document au complet... CH₃COOH, d'autre part, calculer la concentration molaire volumique de chacune des espèces, sauf de l'eau, présentes dans la solution.

4) En utilisant les résultats précédents, montrer que la solution est électriquement neutre.

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 Détermination du pH d'un mélange de deux acides faibles.

Justification à posteriori d'approximations imposées pour la simplification des équations.

Solutions	Acides	Formules	Constantes d’acidité	pK	Concentrations
S1 S2	éthanoïque benzoïque	CH3COOH C6H5COOH	K1 = 1,8.10-5 K2= 6,3.10-5	pK1 = 4,8 pK2 = 4,2	Dans le mélange S1 + S2

Remarques préliminaires : DpK < 3, S₁ et S₂ sont des acides faibles de forces comparables.                    

Ainsi, les ions H₃O⁺ en provenance de S₁ et S₂ seront en quantités comparables dans le mélange. Par ailleurs, on négligera la dissociation de l'eau ; ce qui permettra de négliger [OH^-] devant les autres concentrations dans l'expression de l'électroneutralité.

 > 10²   et     > 10²,   les acides sont faiblement dissociés et on fera les approximations suivantes :
 » [CH₃COOH]  et  » [CH₃COO^-] 

  =  10^-1 mol.L^-1 et    = 2     sont les concentrations molaires volumiques respectives dans le mélange de S₁ et S₂.

1) Tenant compte de ces remarques préliminaires, démontrer que :  [H₃O⁺] = 

2) Déduire le pH du mélange. Le fait d’avoir négligé [OH^-] devant les autres concentrations se justifie-t-il à posteriori ?                                                                                                                      (Extrait Bac CE 1997)

 Etude d’une solution d’acide benzoïque

On considère une solution aqueuse d'acide benzoïque C₆H₅COOH de concentration molaire volumique
C_a = 5,0.10^-2 mol.L^-1.  (On posera pC_a = - logC_a  et C_a = 10^-pCa). La constante d’acidité de cet acide est
 K_a = 6,31.10^-5.

1) Calculer le pK_a de cet acide ainsi que le pC_a.

2) En considérant que la quantité de matière d’ions OH^- présents est négligeable devant celle des ions H₃O⁺ d’une part et puis d’autre part C_a très grande devant         [H₃O⁺], Montrer que  [H₃O⁺] = ; en déduire l’expression du pH de la solution et le calculer.

3) Définir le degré d’ionisation d’un acide. Le calculer pour la solution benzoïque.

4) On considère, de façon plus générale, un acide de formule AH, de concentration molaire volumique
C_a et de constante d’acidité K_a.

4. a- En posant x = [H₃O⁺], établir l’équation : x² + K_ax - K_a C_a = 0

4. b- Dans le cas où la concentration est très inférieure à K_a  ( << 1), montrer que  [H₃O⁺] = C_a et en déduire une expression simple du pH. Que vous suggère ce résultat ?                                            

4. c- Dans le cas inverse (  >> 1 ),  montrer que :  pH = ( pK_a + pC_a ). Conclure. (D’après Bac CE 1988)

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