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

Variation du pH : acide faible ou base faible, indicateurs colorés

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• montrer que la réaction d'un acide faible avec une base forte (ou d'une base faible avec un acide fort) est pratiquement totale ;
• interpréter les courbes de dosage correspondantes et repérer la demi-équivalence et l'équivalence ;
• déterminer un pKa à partir d'une courbe de dosage ;
• choisir un indicateur coloré adapté.
Prérequis : constante d'acidité, pH des solutions d'acides et de bases faibles, dosage acide fort-base forte.

Situation de départ

Le vinaigre contient de l'acide éthanoïque, un acide faible ; l'eau de Javel et les produits ménagers ammoniaqués contiennent des bases faibles. Peut-on les doser comme un acide fort, et avec quel indicateur ?

I. Une réaction pratiquement totale

La réaction d'un acide faible AH avec les ions hydroxyde, AH + OH- A- + H2O, a pour constante :

K = KaKe = 1014 - pKa
Pour l'acide méthanoïque (pKa = 3,75), K = 1010,25 ; pour l'acide éthanoïque, K = 109,25 : ces réactions sont pratiquement totales. De même, pour une base faible B et un acide fort, B + H3O+ BH+ + H2O a pour constante K = 1/Ka = 10pKa (109,25 pour l'ammoniac).

II. Dosage d'un acide faible par une base forte

Animation

La courbe pH = f(VB) part d'un pH plus élevé que pour un acide fort de même concentration, et le saut de pH est plus petit. Elle présente deux points d'inflexion :

Points remarquables

  • à la demi-équivalence (VB = VBE/2), la moitié de l'acide a réagi : [AH] = [A-], donc pH = pKa ; autour de ce point, le pH varie peu ;
  • à l'équivalence, CA.VA = CB.VBE ; la solution contient la base faible A- : pHE > 7.

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-FB959CBDACIDE FAIBLE ET BASE FORTEVB(mL)pH5101520253024681012D4,75E8,7VBE​/2D : demi-équivalence, pH = pKa​E : équivalence, pH > 7acide fort (comparaison)© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 1 — 20 mL d'acide éthanoïque à 0,10 mol.L-1 dosés par la soude à 0,10 mol.L-1 (en gris : acide chlorhydrique de même concentration). D (10 mL ; 4,75) et E (20 mL ; 8,7).

Pourquoi pH = pKa à la demi-équivalence ? La moitié de l'acide AH a été transformée en A- par une réaction pratiquement totale : [A-] = [AH]. Dans l'expression Ka = [H3O+].[A-][AH], les deux concentrations se simplifient : [H3O+] = Ka, soit pH = pKa. Autour de ce point, le pH varie très peu quand on ajoute de la base.
Pourquoi pHE > 7 ? À l'équivalence, tout se passe comme si l'on avait dissous le sel Na+ + A- : l'ion A- est une base faible, qui réagit un peu avec l'eau en donnant des ions OH-.

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-FB959CBDDOMAINES DE PRÉDOMINANCE02468101214pHpKa​ = 4,75[AH] > [A-][A-] > [AH]AH prédomineA- prédominepH = pKa​ + log ([A-]/[AH]) : à la demi-équivalence, pH = pKa​© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 2 — Domaines de prédominance du couple CH3COOH/CH3COO- : la frontière pH = pKa est atteinte à la demi-équivalence.

Exemple

20,0 mL de vinaigre dilué 10 fois sont dosés par la soude à 0,10 mol.L-1 : VBE = 16,8 mL et, pour VB = 8,4 mL, pH = 4,8. Donc CA = 0,10 x 16,8/20,0 = 8,4.10-2 mol.L-1 (0,84 mol.L-1 pour le vinaigre) et pKa = 4,8.

III. Dosage d'une base faible par un acide fort

Animation

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