Chimie · 4ème TechThème 2 : Les réactions acide-base · Chapitre 2

pH des solutions aqueuses

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• relier le pH à la concentration des ions hydronium et reconnaître une solution acide, neutre ou basique, à toute température ;
• établir et utiliser la relation entre le pH d'une solution de monoacide fort et sa concentration C ;
• établir et utiliser la relation entre le pH d'une solution de monobase forte et sa concentration C ;
• préciser les limites de validité de ces relations et prévoir l'effet d'une dilution.
Prérequis : produit ionique de l'eau, acides et bases forts, logarithme décimal, préparation d'une solution par dilution.

Situation de départ

Pour qu'une eau de piscine soit bien désinfectée, son pH doit rester entre 7,0 et 7,4. Le technicien le contrôle chaque jour et l'ajuste en ajoutant un peu d'acide ou de base.
Comment prévoir le pH d'une solution d'acide ou de base à partir de sa concentration ?

I. pH d'une solution aqueuse

1. Définition

Animation

Pour une solution aqueuse diluée (concentrations inférieures à 0,1 mol.L-1 environ), le pH est défini par :

pH = - log [H3O+]          donc          [H3O+] = 10-pH
[H3O+] étant exprimée en mol.L-1. Le pH est un nombre sans unité. Dans toute solution aqueuse, [H3O+].[OH-] = Ke (10-14 à 25 °C).

Exemple

Une eau minérale a un pH de 7,8 : [H3O+] = 10-7,8 = 1,6.10-8 mol.L-1 et [OH-] = 10-14/(1,6.10-8) = 6,3.10-7 mol.L-1.

2. Solutions acides, neutres, basiques

  • solution neutre : [H3O+] = [OH-] = Ke1/2, soit pH = pKe/2 (7 à 25 °C) ;
  • solution acide : [H3O+] > [OH-], soit pH < pKe/2 ;
  • solution basique : [H3O+] < [OH-], soit pH > pKe/2.

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-EDDD5C56ÉCHELLE DE pH01234567891011121314pHsuc gastriquecafésangammoniaquejus de citroneau puresavondéboucheurACIDEBASIQUENEUTRE à 25 °CpH = - log [H3O+] : un pH plus grand d'une unité, [H3O+] divisée par 10© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 1 — Échelle de pH à 25 °C et pH de quelques solutions de la vie courante.

Attention

La valeur 7 n'est la limite qu'à 25 °C. À 60 °C, pKe = 13 : l'eau pure a un pH de 6,5 et elle est neutre ; une solution de pH 6,8 y est basique.

3. Mesure du pH

Le papier indicateur universel donne une valeur approchée du pH (à une unité près environ). Le pH-mètre, préalablement étalonné avec des solutions tampons, donne le pH au centième d'unité près.

II. pH d'une solution de monoacide fort

Animation

Un monoacide fort AH (HCl, HNO3) réagit totalement avec l'eau : AH + H2O H3O+ + A-. Les ions H3O+ proviennent de cette réaction ([H3O+]2 = C) et de l'ionisation propre de l'eau ([H3O+]1 = [OH-]) :

[H3O+] = C + [OH-]          soit          C = 10-pH - 10pH - pKe
Le terme 10pH - pKe (ions de l'eau) est négligeable devant 10-pH tant que pH < 6 environ. On obtient alors :
[H3O+] = C          et          pH = - log C

Validité

La relation pH = - log C est valable pour 10-6 mol.L-1 < C < 10-1 mol.L-1 environ, c'est-à-dire pour 1 < pH < 6. Pour une solution extrêmement diluée, les ions de l'eau ne sont plus négligeables : le pH tend vers 7 sans jamais le dépasser.

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