Chimie · 4ème MathThème 3 : 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 ;
• établir et utiliser l'expression du pH d'une solution de monoacide fort et de monobase forte ;
• établir et utiliser l'expression du pH d'une solution de monoacide faible et de monobase faible faiblement ionisés ;
• déterminer une concentration ou un pKa à partir d'une mesure de pH.
Prérequis : produit ionique de l'eau, constante d'acidité, logarithme décimal.

Situation de départ

Un jardinier mesure le pH d'une eau d'arrosage, un technicien celui d'une piscine, un médecin celui du sang (pH voisin de 7,4). Le pH est une grandeur que l'on mesure très facilement.
Comment prévoir le pH d'une solution à partir de sa composition ?

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 se mesure avec un pH-mètre (précis, étalonné avec des solutions tampons) ou s'estime avec le papier indicateur.

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-], 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-A504B0B6ÉCHELLE 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.

II. pH d'une solution de monoacide fort

Animation

Un monoacide fort AH est totalement ionisé : AH + H2O H3O+ + A-. Les ions H3O+ provenant de l'eau étant négligeables, [H3O+] = C, d'où :

pH = - log C
On a négligé les ions H3O+ provenant de l'eau, ce qui est justifié si pH < 6 : la relation est valable pour 10-6 mol.L-1 < C < 10-1 mol.L-1 environ. Une dilution par 10 augmente le pH d'une unité. Pour une solution extrêmement diluée, le pH tend vers 7 sans jamais le dépasser.

Exemple

Une solution d'acide nitrique HNO3 a un pH de 2,7. Sa concentration est C = 10-2,7 = 2,0.10-3 mol.L-1. Diluée 100 fois, son pH devient 4,7.

III. pH d'une solution de monobase forte

Une monobase forte (NaOH, KOH) est totalement dissociée : [OH-] = C, donc [H3O+] = Ke/C et :

pH = pKe + log C
On a négligé les ions OH- provenant de l'eau (pH > 8) : relation valable pour 10-6 mol.L-1 < C < 10-1 mol.L-1 environ ; une dilution par 10 diminue le pH d'une unité.

Exemple

Une solution de potasse KOH à 3,0.10-3 mol.L-1, à 25 °C : pH = 14 + log(3,0.10-3) = 11,5.

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