Les solutions aqueuses d'acide
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• décrire la dissolution et l'ionisation du chlorure d'hydrogène dans l'eau ;
• reconnaître une solution acide d'après ses propriétés (BBT, calcaire, soude) ;
• attribuer ces propriétés à l'ion hydronium H3O+ ;
• écrire l'équation d'ionisation des acides courants ;
• définir un acide et calculer la molarité des ions H3O+ d'une solution d'acide fort.
Prérequis : électrolytes forts et faibles, ionisation, concentration molaire, volume molaire des gaz.
Situation de départ
Pour enlever le tartre d'une bouilloire, on y verse du vinaigre chaud : une effervescence apparaît et le dépôt blanc disparaît. Le jus de citron produit le même effet sur une coquille d'œuf.
Le vinaigre et le citron sont acides. Qu'ont en commun toutes les solutions acides ? Et pourquoi les pluies acides abîment-elles les monuments en marbre ?
I. La dissolution du chlorure d'hydrogène dans l'eau
Le chlorure d'hydrogène HCl est un gaz. Un ballon qui en est rempli est retourné sur une cuve d'eau additionnée de quelques gouttes de bleu de bromothymol (BBT), de couleur verte. On ouvre la pince du tube effilé : l'eau monte lentement, puis jaillit brusquement dans le ballon, où elle devient jaune.
Le chlorure d'hydrogène est très soluble dans l'eau : sa dissolution rapide crée un vide partiel dans le ballon, qui aspire l'eau. Sa solution s'appelle l'acide chlorhydrique.
II. Étude de l'acide chlorhydrique
1. Une solution conductrice
Versée dans un électrolyseur monté en série avec un générateur et une lampe témoin, la solution de chlorure d'hydrogène allume la lampe : elle contient des ions. Le chlorure d'hydrogène, formé de molécules, est pourtant un électrolyte.
2. Quels ions ?
• Avec le nitrate d'argent, l'acide chlorhydrique donne un précipité blanc qui noircit à la lumière : la solution contient des ions chlorure : Ag+ + Cl- AgCl(sd).
• La solution est électriquement neutre : il y a donc autant d'ions positifs que d'ions chlorure. Au contact de l'eau, la liaison covalente polarisée H-Cl se rompt : l'atome d'hydrogène part sans son électron. Il se forme un ion hydrogène H+, qui se fixe sur une molécule d'eau pour donner l'ion hydronium H3O+ :
On dissout 1,2 L de chlorure d'hydrogène gazeux (volume molaire VM = 24 L.mol-1) pour obtenir 500 mL de solution. n = 1,224 = 0,050 mol ; l'ionisation étant totale, [H3O+] = [Cl-] = 0,0500,500 = 0,10 mol.L-1.
III. Les propriétés des ions hydronium
1. Action sur le BBT
Le BBT est un indicateur coloré : sa couleur dépend de la solution dans laquelle il se trouve. Il reste vert dans l'eau distillée (tube témoin) et dans l'eau salée, mais devient jaune dans l'acide chlorhydrique. L'eau salée contenant aussi des ions Cl-, ce sont les ions H3O+ qui font virer le BBT.
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