Réaction entre un acide fort et une base forte 

I)Définition acide/base :

  Un acide est une molécule ou un ion pouvant céder un proton H⁺. Ex. :ion hydronium H₃O⁺ ; le chlorure d'hydrogène (ou acide chlorhydrique) HCl ; acide acétique CH₃COOH…

Une base est une molécule ou un ion pouvant accepter au moins un proton. Ex. :ion hydroxyde OH^- ; ion acétate CH₃COO^- ; ammoniac NH₃.

Suivant leur réaction dans l'eau, on distingue les acides forts et les acides faibles, les bases fortes et les bases faibles.

II)pH de solutions d'acides forts et de bases fortes :

  ópH de solutions d'acide chlorhydrique :

  On dit qu'un acide HA est un acide fort dans l'eau si, en solution aqueuse, il se dissocie totalement en ions H₃O⁺ et A^- : HA + H₂O  ® H₃O⁺ + A^-.

Pour des solutions diluées, le pH d'une solution d'acide fort de concentration C_a est tel que :

pH = -log C_a

  Comme pH=-log [H₃O⁺], on en déduit : [H₃O⁺] = C_a. Cela signifie que la réaction du chlorure d'hydrogène avec l'eau est une réaction totale :

  HCl + H₂O ® H3O⁺ + Cl^-

  Rq. :Plus une solution est concentrée en acide fort, plus elle est acide.

De plus, toute solution d'un monoacide fort AH contient des ions A^- et H₃O⁺ en quantité égale à la quantité d'acide introduit en solution.

ópH de solutions d'hydroxyde de sodium :

  Aux concentrations usuelles, le pH d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration C_b vérifie la relation :

pH = 14 + log C_b

  L'hydroxyde de sodium, solide ionique, disperse totalement ses ions lors de sa mise en solution, selon l'équation-bilan :

NaOH_solide ® Na⁺ + HO^-

Toute base qui engendre, lors de sa mise en solution, des ions hydroxyde HO^- en quantité égale à la quantité de base introduite en solution est un monobase forte.

Il en résulte, aux concentrations usuelles :

[HO^-] = C_b

I II)Produit ionique de l'eau :

  óProduit ionique de l'eau :

  Dans toute solution aqueuse diluée, le produit des concentrations des ions hydronium H₃O⁺ et des ions hydroxyde HO^-, nommé produit ionique de l'eau, est une constante à une température donnée.

A 25°C : [H₃0⁺] . [HO^- ] = K_e = 1.0. 10^-14

  On utilise souvent le pK_e, définit par :

pK_e = - log K_e (soit encore K_e = 10^-pKe : à 25°C, pK_e = 14, K_e croit avec la température).

  óRéaction d'autoprotolyse de l'eau :

L'eau pure est très légèrement conductrice du courant électrique. Elle contient donc des ions qui ne peuvent provenir que des molécules d'eau elles-mêmes. La mesure du pH de l'eau pure à 25°C donne pH = 7.0. L'eau pure donc des ions hydronium H₃0⁺ tels que :

[H₃0⁺] = 1.0.10^-7 mol. L^-1  à 25°C

  Ces ions H₃0⁺ proviennent de la réaction :

2H₂O ® H₃O⁺ + HO^-

  Cette réaction est appelée autoprotolyse de l'eau. Cette réaction montre de plus que, dans l'eau pure, la quantité d'ions H₃0⁺ formés est égale à la quantité d'ions HO^- apparus. On a donc à 25°C :

[H₃0⁺] = [HO^- ] = 1.0.10^-7 mol. L^-1 et K_e = 10^-14

IV)Réaction entre un acide fort et une base forte :

  óDéfinition :

  Un monoacide fort engendre, par réaction totale avec l'eau, une mole d'ions hydronium par mole d'acide :

HA + H₂O ® A^- + H₃O⁺

  Une monobase forte engendre, par dispersion de ses ions dans l'eau ou par réaction avec l'eau, une mole d'ions hydroxyde par mole de base :

KOH_solide ® K⁺ +HO^-

óEquivalence acido-basique :

  L'équivalence acido-basique est atteinte lorsqu'on a mélangé des quantités égales d'un monoacide et d'une monobase.

V)Réaction entre un acide fort et une base forte:

Expérience:

Une réaction chimie rapide et exothermique (dégage de la chaleur) se produit lors du mélange des 2 solutions.

L'équation bilan de la réaction qui se produit avec une solution d'acide chlorhydrique (acide fort) et une solution de base forte (soude), s'écrit:

H₃O⁺ + HO^- ® 2H₂O  

La réaction est quasi totale (Na⁺ et cl^- sont des ions spectateurs) , elle apparaît comme un transfert de proton H⁺ de l'ion H3O⁺ vers HO^-

VI)Étude pH métrique de la réaction acide fort / base forte :

Dispositif expérimental:

Mesures :

  óCourbe de titrage d'un acide fort (acide chlorhydrique) par une base forte (soude)

A l'équivalence :

                           n _H3O+ = n _HO-     Û    Ca . Va = Cb. Vb et pH=7  

L'acide et la base sont totalement ionisés ; l'équation-bilan de cette réaction totale est :

H₃O⁺ + HO^- ® 2H₂O

  Pour tracer la courbe donnant la variation du pH en fonction du volume de soude versé, on procède de la manière suivante : à chaque addition de solution basique dans la solution acide, on mesure le pH ; puis on trace, point par point la courbe.

Cette courbe présente trois parties caractéristiques :

¨avant le point d'équivalence, le pH varie peu tout en augmentant.

¨de part et d'autre du point d'équivalence (pH=7=, on constate une brusque variation du pH .

¨après le point d'équivalence, le pH varie peu tout en augmentant.  

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