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Force des acides et des bases

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Acides forts et bases fortes

  • Un acide fort est un acide dont la réaction d’hydrolyse est totale.
  • Une base forte est une base A\text{A}^- dont la réaction d’hydrolyse est totale.
  • La base conjuguée d’un acide fort est une base indifférente.
  • L’acide conjugué d’une base forte est un acide indifférent.

Nom Réaction dans l’eau Formules
Acides forts Acide nitrique (HNO3)(\text{HNO}3) La réaction de dissociation est totale H3O(aq)++NO3(aq)\text{H}3\text{O}{(\text{aq})}^+ + \text{NO}{3(\text{aq})}^-
Chlorure d’hydrogène (HCl)(\text{HCl}) H3O(aq)++Cl(aq)\text{H}3\text{O}{(\text{aq})}^+ + \text{Cl}{(\text{aq})}^-
Bases forts Hydroxyde de sodium (NaOH)(\text{NaOH}) Na(aq)++HO(aq)\text{Na}{(\text{aq})}^+ + \text{HO}{(\text{aq})}^-
Hydroxyde de potassium (KOH)(\text{KOH}) K(aq)++HO(aq)\text{K}{(\text{aq})}^+ + \text{HO}_{(\text{aq})}^-

Composition finale et pH\text{pH} d’une solution d’acide fort AH\text{AH}

  • Si nous dressons le tableau d’avancement de la réaction, nous observons que dans une solution d’acide fort, l’acide AH\text{AH} réagit totalement avec l’eau.
  • xf=xmaxx{\text{f}} = x{\text{max}}
  • La quantité de matière de l’acide AH\text{AH} dans l’état final vaut : n(AH)f=(C×V)xmax=0n(\text{AH}){\text{f}}=(C\times V)-x{\text{max}}=0.
  • xmax=C×Vx_{\text{max}}=C\times V
  • Nous pouvons donc écrire que : n(H3O+)f=C×Vn(\text{H}3\text{O}^+){\text{f}}=C\times V.
  • [H3O+]f=C[\text{H}3\text{O}^+]{\text{f}}=C
  • Le pH\text{pH} d’une solution aqueuse d’acide fort, de concentration molaire apportée en acide fort, est donné par la relation : pH=log(C)\text{pH}=- \text{log} (C).

Composition finale et pH\text{pH} d’une solution de base forte A\text{A}^-

  • Si nous dressons le tableau d’avancement de la réaction, nous observons que dans une solution de base forte, la base A\text{A}^- réagit totalement avec l’eau.
  • xf=xmaxx{\text{f}} = x{\text{max}}
  • La quantité de matière de la base A\text{A}^- dans l’état final vaut : n(A)f=(C×V)xmax=0n(\text{A}^-){\text{f}}=(C\times V)-x{\text{max}}=0.
  • xmax=C×Vx_{\text{max}}=C\times V
  • Nous pouvons donc écrire que : n(HO)f=C×Vn(\text{HO}^-)_{\text{f}}=C\times V.
  • [HO]f=C[\text{HO}^-]_{\text{f}}=C
  • À 25°C25\degree\text{C}, le pH\text{pH} d’une solution aqueuse de base forte, de concentration molaire apportée en base forte, est donné par la relation : pH=14+log(C)\text{pH}=14+\text{log}(C).

Acides faibles et bases faibles

  • Un acide faible est un acide dont la réaction d’hydrolyse n’est pas totale : AH+H2OA+H3O+\text{AH}+\text{H}2\text{O} \rightleftharpoons \text{A}^-+\text{H}3\text{O}^+
  • Une base faible est une base dont la réaction d’hydrolyse n’est pas totale : A+H2OAH+HO\text{A}^-+\text{H}_2 \text{O} \rightleftharpoons \text{AH}+ \text{HO}^-
  • La base conjuguée d’un acide faible est une base faible.
  • L’acide conjugué d’une base faible est un acide faible.

Nom Réaction dans l’eau Formules
Acide faible Acide éthanoïque La réaction est partielle CH3COOH(aq)\text{CH}3\text{COOH}{(\text{aq})}
Base faible Ammoniac NH3(aq)\text{NH}_{3(\text{aq})}

Composition finale d’une solution d’acide faible AH\text{AH}

  • Si nous dressons le tableau d’avancement de la réaction, nous observons que dans une solution d’acide faible, l’acide AH\text{AH} ne réagit pas totalement avec l’eau.
  • xf<xmaxx{\text{f}}< x{\text{max}}.
  • Par conséquent, [H3O+]f<C[\text{H}3\text{O}^+]{\text{f}} < C.
  • Dans une solution d’acide faible, les réactifs et les produits coexistent dans le système à l’état final.

Composition finale d’une solution de base faible A\text{A}^-

  • Si nous dressons le tableau d’avancement de la réaction, nous observons que dans une solution de base faible, la base A\text{A}^- ne réagit pas totalement avec l’eau.
  • xf<xmaxx{\text{f}}< x{\text{max}}.
  • Par conséquent, [HO]final<C[\text{HO}^-]_{\text{final}}< C.
  • Dans une solution de base faible, les réactifs et les produits coexistent dans le système à l’état final.

Constantes d’équilibre de réactions acide/base

Constante d’acidité d’un couple acide/base

Constante d’acidité du couple AH/A\text{AH}/\text{A}^-
Équation de la réaction AH+H2OA+H3O+\text{AH}+ \text{H}2\text{O} \rightleftharpoons \text{A}^-+\text{H}3\text{O}^+
KaK{\text{a}} Ka=[H3O+]eq×[A]eq[AH]eqK{\text{a}}=\dfrac{[\text{H}3\text{O}^+]{eq}\times[\text{A}^-]{eq}}{[\text{AH}]{eq}}
pKa\text{p}K{\text{a}} pKa=log(Ka)\text{p}K{\text{a}}=-\text{log}(K_{\text{a}})
  • KaK_{\text{a}} est une grandeur sans dimension qui dépend de la température et qui permet de caractériser la force relative d’un acide ou d’une base.
  • Un acide est d’autant plus fort que la constante d’acidité du couple est grande et que le pKa\text{p}K_{\text{a}} est petit.
  • Une base est d’autant plus forte que la constante d’acidité du couple est petite et que le pKa\text{p}K_{\text{a}} est grand.
  • pKa\text{p}K_{\text{a}} est une grandeur sans dimension caractéristique d’un couple acide faible/base faible, compris entre 00 et 1414.

Produit ionique de l’eau

  • L’eau est une espèce amphotère.

Produit ionique de l’eau
Équation de la réaction d’autoprotolyse de l’eau 2H2O()H3O(aq)++HO(aq)2\text{H}2\text{O}{(\ell)} \rightleftharpoons \text{H}3\text{O}{(\text{aq})}^+ +\text{HO}{(\text{aq})}^-
KeK{\text{e}} Ke=[H3O+]eq×[HO]eqK{\text{e}}=[\text{H}3\text{O}^+]{eq}\times [\text{HO}^-]{eq}
pKe\text{p}K{\text{e}} pKe=log(Ke)\text{p}K{\text{e}}=-\text{log}(K_{\text{e}})
  • KeK{\text{e}} est une grandeur sans dimension qui dépend de la température, à 25°C25\degree\text{C}, Ke=1014K{\text{e}}= 10^{-14}.
  • pKe\text{p}K{\text{e}} est une grandeur sans dimension, à 25°C25\degree\text{C}, pKe=14\text{p}K{\text{e}}=14.