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pH 7 0 14

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Academic year: 2021

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Texte intégral

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Thème : chimie générale LE pH D'UNE SOLUTION

Les solutions aqueuses contiennent de l’eau, des ions hydronium H3O+ des ions hydroxyde OH et d’autres espèces d’ions.

I) LE pH :

Le pH est une grandeur qui permet de dire si une solution est acide, basique ou neutre.

Le pH est le potentiel hydrogène : c'est la capacité plus ou moins grande d'une solution à libérer des ions H+. Plus la solution peut libérer des ions H+, plus elle est acide et plus son pH est faible.

H+ + H2O → H3O+ ions hydronium

Toute solution possède des ions hydronium H3O+, mais en quantité variable. Leur concentration est : [H3O+] = v n

Le pH se calcule ensuite : pH = − log [H3O+]. Inversement : [H3O+] = 10−pH Le pH est compris entre 0 et 14.

pH 7

0 14

mesures du pH - papier pH - indicateur coloré - pHmètre

- limonade

- eau minérale (évian) - lessive + eau

- soude (hydroxyde de sodium) - acide chlorhydrique

- vinaigre - coupelles

1) 6 tubes à essai contenant différentes solutions :

Utiliser le papier pH pour connaître le pH des solutions. (tremper l’agitateur en verre dans la solution puis le faire toucher le papier pH ; rincer la tige en verre à chaque fois).

Les classer par ordre d’acidité croissante.

2) Utilisation d’un indicateur coloré : le bleu de bromothymol (BBT).

Verser quelques gouttes de BBT dans tous les tubes à essai sauf celui contenant le vinaigre. Indiquer les couleurs du BBT dans chacune des solutions.

3) utilisation du pHmètre : étalonnage dans deux solutions de pH=7 et pH=4 puis mesure.

Commenter les trois méthodes de mesure du pH.

soude n°1 n°2

eau minérale n°3

vinaigre n°4

limonade n°5

lessive +eau

acide neutre basique

acide n°6 chlorhydrique

(2)

Autres indicateurs colorés :

II) LE pH DE L'EAU PURE à 25°C :

A 25°C, le pH de l'eau pure vaut : pH = 7. Donc [H3O+] =10−7 mol/L

Ces ions hydronium H3O+ proviennent de la réaction de deux molécules d'eau : H2O + H2O → H3O+ + OH Il y a autant d'ion hydronium H3O+ que d'ions hydroxyde OH , donc : [H3O+] = [OH] = 10−7 mol/L

Suivant la température, l'importance de la réaction varie (sens 1 ou sens 2), et donc la concentration molaire des deux ions varie.

On définit le produit ionique de l'eau : Ke = [H3O+] × [OH] = 1014 (à 25°C) (les concentrations sont inversement proportionnelles)

III) SOLUTIONS ACIDES, SOLUTIONS BASIQUES :

Solutions acides : pH < 7 [H3O+] > 10−7 mol/L et [OH] < 10−7 mol/L une solution acide contient donc une majorité d'ions : H3O+

Solutions basiques

(ou alcalines) : pH > 7 [H3O+] < 10−7 mol/L et [OH] > 10−7 mol/L une solution basique contient donc une majorité d'ions : OH

IV) ACIDES FORTS :

ex : le chlorure d'hygrogène (gaz) HCl dans l'eau se dissout totalement pour donner de l'acide chlorhydrique : HCl → H+ + Cl

Cette réaction est totale : toutes les molécules de HCl réagissent avec l'eau. L'acide chlorhydrique est un acide fort.

Un acide est dit fort s'il est totalement dissocié en ions dans la solution Un acide donne des protons H+.

autre ex : acide nitrique : HNO3 → H+ + NO3

acide sulfurique : H2SO4 → 2H+ + SO42−

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IV) BASES FORTES :

ex : l'hydroxyde de sodium (ou soude ) : NaOH → Na + + OH

Une base est dite forte s'elle est totalement dissociée en ions dans la solution Une base capte des protons H+.

autre bases fortes : hydroxyde de potassium (ou potasse) : KOH → K+ + OH hydroxyde de calcium (chaux éteinte) : Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH

EXERCICES :

Ex1) BTS 2002 : Partie 1 : bain de teinture de fibres :

Le pH des bains de teintures doit être contrôlé pour obtenir une bonne fixation des colorants sur les fibres. Avant d’introduire le colorant, le contrôle du pH des bains peut se faire à l’aide d’indicateurs colorés. Les teintes de différents indicateurs colorés en fonction du pH d’une solution sont données ci-dessous :

Le tableau ci-dessous indique les teintes prises par ces indicateurs colorés versés dans des bains de teintures A, B et C :

Bain A Bain B Bain C

Hélianthine Jaune Jaune Jaune

Bleu de Bromothymol Jaune Bleu Bleu

Phénophtaléine Incolore Incolore Rose violacé

1) A partir du tableau, indiquer le domaine de pH correspondant à chacun des bains A, B et C.

2) Préciser, en le justifiant, si les bains A, B et C sont acides, basiques ou neutres.

3) La concentration en ions H3O+ du bain A est de 2.10−5 mol.L−1. Calculer le pH de ce bain. (rép : 4,7)

Ex2) Une solution de 800 mL d’acide chlorhydrique contient 0,25 moles d’ions hydronium H3O+ . Calculer le pH de la solution.

Montrer qu’elle est acide.(rép : 0,5)

On ajoute de l’eau pure à cette solution. Devient-elle plus acide, moins acide ou reste la même ? Comment évolue son pH ? Peut-elle devenir basique ?

Ex3) On dispose d’une solution d’eau pure. Quel est le pH de l’eau ? Que vaut la concentration des ions hydronium H3O+ et des ions hydroxyde OH ? (rép : 7, 10−7 mol/L , 10−7 mol/L)

Ex4) Une solution de 20cm3 de soude (=hydroxyde de sodium) contient 10−3 moles d’ions hydroxyde OH. Calculer la concentration des ions hydronium et le pH de la solution. Montrer qu’elle est basique. On ajoute de l’eau pure à cette solution.

Devient-elle plus basique, moins basique ou reste la même ? Comment évolue son pH ? Peut-elle devenir acide ? (rép : 2.1013 mol/L ; 12,7)

Hélianthine

Bleu de Bromothymol

Phénolphtaléïne

pH

Zone de virage

3 4

Rose Jaune

pH pH

Zone de virage Zone de

virage

6 7,6

8 10

Rose violacé Bleu

Jaune

Incolore

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Ex5) Voici 4 solutions d’acide chlorhydrique de concentrations respectives :

0,2 mol.L−1 ; 2.10−2 mol.L−1 ; 2.10−3 mol.L−1 ; 2.10−4 mol.L−1 Quelle est la solution la plus concentrée en ions hydronium ?

Quelle est la solution la plus concentrée en ions hydroxyde ? Comment sont les concentrations les unes par rapport aux autres ?

Calculer le pH des solutions. Comment varient les pH des solutions les uns par rapport aux autres ? (rép : 0,7 ; 1,7 ; 2,7 ; 3,7)

AUTRES EXPERIENCES EN CLASSE : Régler le pHmètre.

On dispose d’une solution de soude de pH = 13. Verser quelques gouttes de cette solution dans 100mL d’eau et insérer quelques gouttes de l’indicateur coloré BBT. Mesurer le pH.

Rajouter 100mL d’eau et mesurer le pH etc… Observer l’évolution du pH, que peut-on dire de la concentration de la solution de soude au fur et à mesure des dilutions ? couleur du BBT ?

De même avec une solution d’acide chlorhydrique de pH initial égal à 1.

Références

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