Chimie · 2ème ScThème 2 : Les solutions · Chapitre 9

Réaction d'un acide fort avec une base forte

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• écrire l'équation de la réaction entre un acide fort et une base forte et citer ses caractères ;
• décrire l'évolution du pH quand on ajoute une base forte à un acide fort ;
• définir l'équivalence acido-basique et utiliser CA.VA = CB.VBE ;
• utiliser un indicateur coloré (le BBT) pour repérer l'équivalence ;
• réaliser un dosage et calculer une concentration inconnue.
Prérequis : pH, acides et bases forts, ionisation propre de l'eau, caractère énergétique d'une réaction, tests des ions Na+ et Cl-.

Situation de départ

Le pH de l'eau d'une piscine doit rester voisin de 7,6. S'il devient trop grand, on ajoute un produit acide ; s'il devient trop petit, un produit basique. Quelle réaction permet à ces produits de corriger le pH ? Et comment l'agent d'entretien sait-il quelle quantité de produit ajouter ?

I. Étude qualitative de la réaction

1. Expérience

On mesure la température de 20 mL d'acide chlorhydrique à 1 mol.L-1 et de 20 mL de soude à 1 mol.L-1, puis on les mélange dans un bécher.
• La température du mélange augmente de quelques degrés.
• Le pH du mélange est voisin de 7.
• On évapore un peu du mélange dans un tube à essais : il reste des cristaux blancs. Dissous dans l'eau distillée, ils colorent la flamme en jaune (ions Na+) et donnent avec le nitrate d'argent un précipité blanc qui noircit à la lumière (ions Cl-) : c'est du chlorure de sodium.

Animation

2. Interprétation

La température s'élève : une réaction exothermique s'est produite. Dans l'acide, [H3O+] était voisine de 1 mol.L-1 ; dans le mélange (pH ≈ 7), elle n'est plus que de 10-7 mol.L-1. Cette énorme diminution ne peut pas venir de la dilution, puisque le volume a seulement doublé : les ions H3O+ ont réagi avec les ions OH-. Les ions Na+ et Cl- se retrouvent intacts : ce sont des ions spectateurs.

H3O+ + Cl- + Na+ + OH- Na+ + Cl- + 2 H2O
En supprimant les ions spectateurs, on obtient l'équation simplifiée :
H3O+ + OH- 2 H2O

À retenir

La réaction entre un acide fort et une base forte, appelée réaction acido-basique, a pour équation H3O+ + OH- 2 H2O. Elle est rapide, exothermique et pratiquement totale : c'est l'inverse de l'ionisation propre de l'eau. Il se forme de l'eau et un sel (ici NaCl), dont les ions restent dissous.

Combien de degrés ?

Pour 0,020 mol d'ions H3O+ et 0,020 mol d'ions OH- (40 mL de mélange), la réaction libère environ 1,1 kJ : de quoi élever la température de l'eau d'environ 7 °C.

II. Variation du pH au cours de la réaction

1. Expérience

À l'aide d'une pipette, on introduit dans un bécher VA = 10 mL d'acide chlorhydrique de concentration CA = 0,010 mol.L-1 et 2 à 3 gouttes de bleu de bromothymol (BBT). À l'aide d'une burette graduée, on ajoute mL par mL une solution de soude de concentration CB = 0,010 mol.L-1. Après chaque ajout, on agite, on mesure le pH et on note la teinte du BBT.

Animation

Quelques mesures (25 °C)

VB (mL)05910111520
pH2,02,53,37,010,711,311,5
BBTjaunejaunejaunevertbleubleubleu

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-C8F87C83pH AU COURS DE LA RÉACTIONVB(mL)pH246810121416182024681012zone de virage du BBTacide en excèsBBT jaunebase en excèsBBT bleuE (10 mL ; 7)© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 1 — Courbe pH = f(VB) calculée : saut de pH autour de VB = 10 mL ; au point E, pH = 7.

2. Interprétation

Trois parties

  • de 0 à 9 mL, le pH augmente lentement : les ions OH- versés sont aussitôt consommés par les ions H3O+, qui restent en excès ; la solution est acide, le BBT est jaune ;
  • entre 9 et 11 mL, le pH varie brusquement de 3,3 à 10,7 : c'est le saut de pH ;
  • pour VB = 10 mL, le pH vaut 7 et le BBT est vert : la solution est neutre ;
  • au-delà de 11 mL, le pH varie de nouveau lentement : la soude est en excès, le BBT est bleu.

III. L'équivalence acido-basique

1. Définition

Au point E de la courbe, [H3O+] = [OH-] = 10-7 mol.L-1, comme dans l'eau pure : les ions H3O+ apportés par l'acide ont exactement réagi avec les ions OH- apportés par la base.

Définition

Il y a équivalence acido-basique lorsque la quantité d'ions H3O+ fournis par l'acide est égale à la quantité d'ions OH- fournis par la base.

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