À la fin, vous saurez
- Reconnaître un couple acide/base conjugué.
- Calculer un pH dans les hypothèses données.
- Distinguer acide fort et acide concentré.
Avant de commencer
Concentration molaire, puissances de dix, logarithme décimal et conservation de la matière.
Comprendre
Transférer un proton
Un acide de Brønsted cède un proton H⁺ ; une base en capte un. Un couple conjugué diffère d’un seul proton : AH/A⁻ ou NH₄⁺/NH₃. Dans l’eau, on écrit par exemple AH+H₂O⇌A⁻+H₃O⁺. Les charges et les atomes doivent être conservés.
Relier pH et concentration
Rigoureusement, le pH dépend de l’activité de H₃O⁺. En solution aqueuse suffisamment diluée, on utilise pH≈−log₁₀([H₃O⁺]/c°) avec c°=1 mol/L. Si la concentration est exprimée en mol/L, on écrit souvent pH≈−log₁₀[H₃O⁺]. Une baisse de pH de 1 correspond à une concentration en H₃O⁺ multipliée par 10.
Préciser les hypothèses
Pour un monoacide fort, totalement dissocié, et si l’autoprotolyse de l’eau est négligeable, [H₃O⁺]≈C. Cette approximation n’est pas valable pour tout acide faible ou toute solution extrêmement diluée. À 25 °C, une solution aqueuse neutre a pH≈7 ; cette valeur dépend de la température. Fort décrit la dissociation, concentré décrit la quantité par volume.
Exemple guidé
Une solution aqueuse contient un monoacide fort à C=2,0×10⁻³ mol/L. Calculer son pH, puis celui obtenu après dilution dix fois.
- Dans les hypothèses du modèle, [H₃O⁺]≈2,0×10⁻³ mol/L.
- pH≈−log₁₀(2,0×10⁻³)=3−log₁₀(2,0)≈2,70.
- Après dilution par un facteur 10, C devient 2,0×10⁻⁴ mol/L.
- Le nouveau pH vaut environ 3,70 : il augmente de 1, et non d’un facteur 10.
À vous de jouer
Exercice 1
Donner la base conjuguée de NH₄⁺.
Un indice
Retirer un proton H⁺ et vérifier la charge.
Voir la correction
NH₄⁺ cède H⁺ et donne NH₃. Le couple est NH₄⁺/NH₃.
Exercice 2
À pH=4,0, estimer [H₃O⁺] dans le modèle dilué.
Un indice
Inverser le logarithme : [H₃O⁺]≈10⁻ᵖᴴ mol/L.
Voir la correction
[H₃O⁺]≈1,0×10⁻⁴ mol/L.
Exercice 3
Comparer les concentrations en H₃O⁺ de deux solutions de pH 3 et 5.
Un indice
Une unité de pH correspond à un facteur 10.
Voir la correction
La solution de pH 3 contient environ 10²=100 fois plus d’ions H₃O⁺ par litre que celle de pH 5.
Les erreurs à éviter
- Ne pas utiliser le logarithme népérien à la place du logarithme décimal.
- Ne pas confondre acidité et concentration totale en soluté.
- Ne pas appliquer [H₃O⁺]=C à un acide faible sans justification.
Vérifiez votre compréhension
Référence scientifique
Fiche originale Dars +. Les références servent à vérifier les notions ; aucun cours ni exercice tiers n’est reproduit. Cette collection couvre des notions choisies et ne constitue pas un programme officiel exhaustif. Adéquation au programme de votre classe à confirmer avec votre enseignant.
OpenStax — Chimie ↗Référence en anglais. Rédaction et exercices originaux en français et arabe.