Besoin de maîtriser les réactions acido-basiques en 1ère Bac ? Retrouvez un résumé de cours clair et direct : Bronsted, couples acide/base et ampholytes. Puis entraînez-vous avec des exercices corrigés pour réussir vos contrôles de Physique-Chimie sereinement
Résumé de Cours : Les Réactions Acido-Basiques
I. Qu'est-ce qu'une Réaction Acido-Basique ?
Une réaction acido-basique est une transformation chimique qui implique un transfert de proton ($H^+$) d'une espèce chimique à une autre.
Exemple : la réaction entre l'acide nitrique et l'eau.
$$HNO_3 + H_2O \rightarrow NO_3^- + H_3O^+$$
On constate que l'espèce $HNO_3$ a perdu un proton $H^+$ (elle a cédé un proton) tandis que l'espèce $H_2O$ a gagné ce proton (elle a capté un proton).
II. Définition d'un Acide et d'une Base (selon Brønsted)
À partir de l'observation des transferts de protons, le chimiste Bronsted a proposé les définitions suivantes.
Un acide est une espèce chimique (molécule ou ion) capable de céder au moins un proton $H^+$ lors d'une réaction chimique.
Une base est une espèce chimique (molécule ou ion) capable de capter au moins un proton $H^+$ lors d'une réaction chimique.
III. Le Couple Acide/Base
Un couple acide/base est constitué d'un acide et d'une base qui se transforment l'une en l'autre par un transfert d'un proton $H^+$. L'acide et la base sont dits conjugués
Ils sont liés par la demi-équation acido-basique :
$$\text{Acide} \rightleftharpoons \text{Base} + H^+$$
Exemple : $CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$. Le couple correspondant est noté $CH_3COOH / CH_3COO^-$.
Quelques acides usuels : acide chlorhydrique ($H_3O^+ + Cl^-$), acide nitrique ($H_3O^+ + NO_3^-$), acide éthanoïque ($CH_3COOH$).
Quelques bases usuelles : soude ($Na^+ + HO^-$), hydroxyde de potassium ($K^+ + HO^-$), ammoniac ($NH_3$).
Exemples de couples :
Le couple $NH_4^+ / NH_3$ est lié par la demi-équation : $NH_4^+ \rightleftharpoons NH_3 + H^+$.
Le couple $HCOOH / HCOO^-$ est lié par la demi-équation : $HCOOH \rightleftharpoons HCOO^- + H^+$.
Le couple $H_3O^+ / H_2O$ est lié par la demi-équation : $H_3O^+ \rightleftharpoons H_2O + H^+$.
Le couple $H_2O / HO^-$ est lié par la demi-équation : $H_2O \rightleftharpoons HO^- + H^+$.
IV. Les Couples de l'Eau et la Notion d'Ampholyte
L'eau est une espèce chimique particulière car elle peut se comporter à la fois comme un acide et comme une base. On dit qu'elle est amphotère ou ampholyte.
L'eau est une base dans le couple $H_3O^+ / H_2O$ : $H_3O^+ \rightleftharpoons H_2O + H^+$.
L'eau est un acide dans le couple $H_2O / HO^-$ : $H_2O \rightleftharpoons HO^- + H^+$.
Autre exemple d'ampholyte :
l'ion hydrogénocarbonate $HCO_3^-$ (couples $CO_2,H_2O / HCO_3^-$ et $HCO_3^- / CO_3^{2-}$).
V. Équation d'une Réaction Acido-Basique
Une réaction acido-basique met en jeu deux couples acide/base. L'acide du premier couple réagit avec la base du second couple.
Pour écrire l'équation bilan, on additionne les deux demi-équations en éliminant les protons $H^+$ qui apparaissent des deux côtés.
Soient les couples $A_1H / A_1^-$ et $A_2H / A_2^-$.
L'acide $A_1H$ réagit avec la base $A_2^-$. On écrit les deux demi-équations :
$$A_1H \rightleftharpoons A_1^- + H^+$$
$$A_2^- + H^+ \rightleftharpoons A_2H$$
En additionnant et en simplifiant les protons $H^+$, on obtient l'équation bilan :
$$A_1H + A_2^- \rightarrow A_1^- + A_2H$$
Exemple : réaction entre l'acide éthanoïque et l'ammoniac.
Les couples mis en jeu sont $CH_3COOH / CH_3COO^-$ et $NH_4^+ / NH_3$.
La demi-équation du premier couple est :
$$CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COO^- + H^+$$
et celle du second couple est :
$$NH_3 + H^+ \rightleftharpoons NH_4^+$$
En additionnant et en simplifiant les protons $H^+$, on obtient l'équation bilan : $$CH_3COOH + NH_3 \rightarrow CH_3COO^- + NH_4^+$$
VI. Les Indicateurs Colorés Acido-Basiques
Un indicateur coloré est un couple acide/base, noté $HIn / In^-$, dont la forme acide ($HIn$) et la forme basique ($In^-$) n'ont pas la même couleur.
En présence d'un acide, la forme acide $HIn$ prédomine et le mélange prend sa couleur. En présence d'une base, la forme basique $In^-$ prédomine et le mélange prend sa couleur.
Le bleu de bromothymol (BBT) est jaune sous sa forme acide et bleu sous sa forme basique. L'hélianthine est rouge sous sa forme acide et jaune sous sa forme basique. La phénolphtaléine est incolore sous sa forme acide et rose sous sa forme basique.
Exercice 1 : Application:
1. Soit les demi-équations suivantes. Identifier pour chacune le couple acide/base mis en jeu et préciser l'acide et la base.
a) $HNO_2 \rightleftharpoons NO_2^- + H^+$
b) $NH_4^+ \rightleftharpoons NH_3 + H^+$
c) $HCO_3^- \rightleftharpoons CO_3^{2-} + H^+$
2. On fait réagir l'acide nitreux $HNO_2$ avec l'ammoniac $NH_3$. Écrire l'équation bilan de la réaction.
3. On dissout de l'acide éthanoïque $CH_3COOH$ dans l'eau. Écrire l'équation de la réaction acido-basique qui se produit.
4. L'ion hydrogénocarbonate $HCO_3^-$ est une espèce ampholyte. Justifier cette affirmation en écrivant les deux demi-équations correspond
Correction d'exercice 1 :
Exercice 2 : couple acide/base et suivi d'une transformation acido-basique
Dans un erlenmeyer, on place une masse \(m = 0,60 \text{ g}\) d'hydrogénocarbonate de sodium (de formule \(NaHCO_3\)). On y verse ensuite, goutte à goutte, une solution d'acide chlorhydrique (qui est une solution aqueuse de chlorure d'hydrogène).
1. Identifier les deux couples acide/base impliqués dans cette transformation.
2. Écrire la demi-équation acido-basique correspondant à chacun de ces couples.
3. Déduire l'équation bilan de la réaction chimique observée. Préciser le nom du gaz qui s'échappe du flacon lors de l'expérience.
4. On utilise une solution d'acide chlorhydrique de concentration \(C = 0,10 \text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}\). Calculer le volume \(V\) d'acide qu'il faut verser pour que le dégagement gazeux s'arrête totalement
5. Déterminer le volume de gaz recueilli à la fin de l'expérience, sachant que le volume molaire dans ces conditions est \(V_m = 24,0 \text{ L}\cdot\text{mol}^{-1}\).
Données:
Masse molaire de l'hydrogénocarbonate de sodium : \(M(NaHCO_3) = 84,0 \text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}\)
Correction de l'exercice 2 : suivi d'une transformation acido-basique
