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1 2000 Universit de Li geSection de ChimieGroupe d'utilisationdes versions lectroniques des modules de chimieVous pouvez: consulter les versions lectroniques sur un ou plusieurs ordinateurs imprimer un ou plusieurs modules pour une distribution en classe en mentionnant l'originedu didacticiel distribuer gratuitement un ou plusieurs fichiers PDF ou ZIP complets et sans modification d'autres personnesVous ne pouvez pas: modifier ou traduire un module enlever ou modifier les logos ou les copyrights recopier enti rement ou partiellement un module pour l'inclure dans un autre projet mettre disposition les versions lectroniques des modules sur un autre site internet inclure les fichiers ZIP ou PDF dans un projet commercial ( un CD-ROM d'unp riodique) sans autorisation crite pr alable du Groupe TransitionResponsable administratif:Andr Corn lisUniversit de Li geInstitut de Chimie B6 Sart-TilmanB 4000 Li ge (Belgique)Fax: +32-4-3664738 Email: de Li geSection de ChimieLES ACIDES ET LES BASESEN SOLUTION AQUEUSE(version Ing nieurs )Ann e acad mique 2000-2001G.

2 KROONENR. CAHAYA. CORN LISV. COLLIGNONB. LEYHR. WUYTACKRem diation chimie :D p t l gal : D/2000/0480/32 2000, Groupe Transition Section de Chimie - Universit de Li requis : Pour aborder ce module, vous devez tre capable: - d crire les quations de dissociation des lectrolytes forts dans l eau, ( Module : La dissociation des lectrolytes forts en solutionaqueuse ) ;- de ma triser la nomenclature des substances inorganiques et des principales fonctions organiques (Modules : - Fonctions et nomenclature en chimie inorganique - Organisation des mol cules organiques : les fonctions ) ;- d crire la constante d quilibre relative une r action ;- d utiliser les logarithmes en base : Au terme de ce module, vous serez capable:- d identifier, dans une liste donn e, les acides et les bases selon Br nsted ;- de reconna tre et de compl ter des couples acide-base.

3 - d crire et de compl ter une r action acide-base selon Br nsted ;- d crire l quation de la r action d autoprotolyse de l eau, ainsi quel expression de la constante d autoprotolyse, dont la valeur 25 C seraconnue ;- d crire la constante d acidit Ka , ainsi que la constante de basicit Kb d un couple acide-base ;- de calculer la constante de basicit Kb d une base, partir du Ka del acide conjugu ;- de comparer les forces de diff rents acides et de diff rentes bases et deles classer, partir de la table des Ka ;- de d finir le coefficient d ionisation d un acide ou d une base ;- d expliquer l influence de la dilution sur le degr d ionisation d unacide ou d une base faible (r gle de dilution d Ostwald). 2000, Groupe Transition Section de Chimie - Universit de Li : LES ACIDES ET LES BASES EN SOLUTION AQUEUSEPLAN1. Evolution des notions d acide et de Introduction Les acides et les bases selon Les acides et les bases selon Br nsted 2.

4 Couples Acides et bases conjugu Des couples particuliers : a) les couples de l eau b) les couples des La r action acide-base Un cas particulier : l autoprotolyse de l eau La constante d autoprotolyse ou produit ionique de l eau: KW et pKW3. pH de l eau pure et des solutions aqueuses4. Force des acides et des Constante d acidit Ka Relation entre la force d un acide et celle de sa base conjugu e Classement des couples acide-base Echelle et table des constantes d acidit Ka (pKa) Coefficient d ionisation (de dissociation) d un acide ou d une base faiblePourcentage d ionisation (de dissociation) 2000, Groupe Transition Section de Chimie - Universit de Li 1. Evolution des notions d acide et de base IntroductionLe terme acide nous est familier : on parle de pluies acides, de sols acides, de l acidit dusuc gastrique. Les citrons contiennent entre autres de l acide citrique et de l acideascorbique.

5 L aspirine est le nom commercial de l acide ac tylsalicylique. Certainsd tergents m nagers contiennent un acide, qui peut tre de l acide chlorhydrique, de l acideac tique, de l acide contre, le terme base n est gu re utilis que par les chimistes, m me si on trouve dessubstances basiques dans des produits m nagers comme le d bouche viers (qui contient del hydroxyde de sodium solide ou dissous), dans des produits de nettoyage ( l ammoniac),dans des mat riaux (la chaux). On en trouve galement dans des m dicaments sous lad signation d antiacides. Ceux-ci sont utilis s pour combattre l hyperacidit gastrique. Dansces conditions, l hydroxyde d aluminium, Al(OH)3 et l hydroxyde de magn sium, Mg(OH)2,qu ils contiennent r agissent avec l acide chlorhydrique HCl du suc concepts d acide et de base ont volu au cours des si Jusqu la fin du 18e si cle, on se contentait de quelques propri t s observables pour lesdistinguer.

6 Les d finitions d acide et de base taient purement op rationnelles. ACIDES Substances au go t aigre, Substances caustiques, au go t solutions aqueuses de bases sontreconnaissables leur consistancevisqueuse, savonneuse. Par exemple, le vinaigre est une Par exemple, la soude caustique,solution d acide ac tique ( thano que) NaOH, la potasse caustique (KOH) .. Les acides font virer la teinture de .. Les bases font virer la teinture de tournesol au rouge. tournesol au Les acides r agissent avec les bases .. Les bases r agissent avec les acides pour former des sels. pour former des Les acides r agissent avec les carbonates en produisant du CO2(g).. Les acides r agissent avec certains .. NB. Remarquons que certaines bases m taux (Mg, Zn.)

7 Avec formation r agissent avec des m taux comme le de dihydrog ne H2(g). zinc, dont les hydroxydes sont amphot res :2 NaOH(aq) + Zn(s) Na2 ZnO2(aq) +H2(g) 2000, Groupe Transition Section de Chimie - Universit de Li Les observations faites par Liebig (1838), lors de l tude de l action des acides sur lesm taux, l am nent proposer une d finition plus conceptuelle des acides : Un acide est une substance qui contient un ou plusieurs H rempla ables par un m tal .Exemple : H2SO4(aq) + Mg(s) MgSO4(aq) + H2(g)Il ne peut pas proposer de d finition parall le pour les bases. Pour lui, celles-ci sonttoujours consid r es comme des substances qui neutralisent des acides pour former des Les acides et les bases selon Arrhenius- A la fin du XIXe si cle, Svante ARRHENIUS tudie la conduction du courant lectriquepar les solutions aqueuses.

8 Il observe que les solutions de sels, d acides et de basesconduisent le courant. Il nonce sa th orie des ions (1884), ce qui l am ne proposer les d finitions suivantespour les acides et les bases : Un acide est une substance qui, en solution aqueuse, lib re des ions H+ eauex . HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq) eau H3 CCOOH(l) H3 CCOOH(aq) eau CH3 COOH(aq) = CH3 COO-(aq) + H+(aq) Une base est une substance qui, en solution aqueuse, lib re des ions OH eauex. NaOH(s) Na+(aq) + OH -(aq) eau Ba(OH)2(s) Ba2+(aq) + 2 OH -(aq)Lorsqu on ajoute progressivement une solution aqueuse d hydroxyde de sodium NaOH une solution aqueuse de chlorure d hydrog ne HCl, additionn e de quelques gouttes deteinture de tournesol (rouge), on observe, un moment donn , le virage de l indicateur durouge au on recommence en m langeant les m mes volumes de solutions d hydroxyde de sodiumet de chlorure d hydrog ne, sans ajouter d indicateur color , puis qu on vapore la solutionr sultante, on obtient des cristaux blancs de chlorure de sodium, r action de l acide avec la base donne lieu la formation d un sel et d quation globale de mise en uvre est donc : NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l)Comme NaOH et HCl sont des lectrolytes forts, l quation ionique doit s crire.

9 Na+(aq) + OH -(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) 2000, Groupe Transition Section de Chimie - Universit de Li ne tenant pas compte des ions spectateurs, on obtient l quation :H+(aq) + OH -(aq) H2O(l)Selon Arrhenius, la r action d un acide avec une base est appel e r action de neutralisationet peut se r sumer comme suit : Acide + base sel + eauQuestion 1 Compl tez et quilibrez les quations de mise en uvre et ionique correspondant auxr actions quantitatives de neutralisation substances envisag es sont des lectrolytes forts, suffisamment solubles dans l ) F3 CCOOH(aq) + KOH(aq)b) H2SO4(aq) + 2 LiOH(aq)c) Ba(OH)2(aq) + 2 HNO3(aq) NB. F3 CCOOH est l acide trifluoroac tique, de structure O || F3C C - OH 2000, Groupe Transition Section de Chimie - Universit de Li R ponse 1Un acide + une base un sel + eaua) F3 CCOOH(aq) + KOH(aq) F3 CCOOK(aq) + H2O(l)Comme F3 CCOOH, KOH et le sel d riv sont des lectrolytes forts, on peut crirel quation ionique :F3 CCOO -(aq) + H+(aq) + K+(aq) + OH -(aq) F3 CCOO -(aq) + K+(aq) + H2O(l)En supprimant les ions spectateurs pr sents dans les 2 membres de l quation, on obtientl quation ionique nette :H+(aq) + OH -(aq) H2O(l)b) H2SO4(aq) + 2 LiOH(aq) Li2SO4(aq) + 2 H2O(l) LiOH et Li2SO4 sont des lectrolytes forts.

10 En pr sence d une quantit suffisante de base forte comme LiOH, H2SO4 lib re ses deuxions H+ ; on crira donc l quation ionique :2 H+(aq) + SO42-(aq) + 2 Li+(aq) + 2 OH -(aq) 2 Li+(aq) + SO42-(aq) + 2 H2O(l) L quation ionique nette est : 2 H+(aq) + 2 OH -(aq) 2 H2O(l)c) Ba(OH)2(aq) + 2 HNO3(aq) Ba(NO3)2(aq) + 2 H2O(l)Comme Ba(OH)2 , HNO3 et Ba(NO3)2 sont des lectrolytes forts, on peut crire l quation ionique : Ba2+(aq) + 2 OH -(aq) + 2 H+(aq) + 2 NO3-(aq) Ba2+(aq) + 2 NO3-(aq)+ 2 H2O(l)L quation ionique nette est :2 H+(aq) + 2 OH -(aq) 2 H2O(aq) 2000, Groupe Transition Section de Chimie - Universit de Li 2Un m dicament antiacide est constitu d un m lange d hydroxyde d aluminium, Al(OH)3, etd hydroxyde de magn sium, Mg(OH)2, qui sont des solides tr s peu tez et quilibrez les quations correspondant aux r actions quantitatives deneutralisation de l acide chlorhydrique, HCl, du suc gastrique, par les hydroxydes contenusdans ce m dicament.