Mécanique 2 · Tutoriel

pH, Ke et force des acides/bases

La mécanique à maîtriser avant de passer aux exercices.

per-mode=symbol

Thème 2 — pH, KeK_e et force des acides/bases
Mesurer l'acidité, relier [HX3OX+][\ce{H3O+}], pH, KeK_e, et classer les acides par pKa\mathrm{p}K_a

Ce thème installe les outils de mesure de l'acidité : le produit ionique KeK_e, le pH, le pOH, puis les constantes KaK_a et KbK_b qui quantifient la force d'un acide ou d'une base. Tout repose sur le logarithme décimal (log⁡10−n=−n\log 10^{-n} = -n).

À retenirautoprotolyse de l'eau et produit ionique KeK_e

Deux molécules d'eau s'échangent un proton : 2 HX2O⇌HX3OX++OHX−\ce{2 H2O <=> H3O+ + OH-}. La constante associée est le produit ionique :

Ke=[HX3OX+]×[OHX−],Ke=1,0×10−14 aˋ 25 ∘C.\boxed{K_e = [\ce{H3O+}]\times[\ce{OH-}]},\qquad K_e = 1{,}0\times10^{-14}\ \text{à 25\,${}^{\circ}$$\mathrm{C}$}.

L'eau, solvant en large excès, n'apparaît jamais dans KeK_e.

À retenirpH, pOH et leur relation
pH=−log⁡[HX3OX+],[HX3OX+]=10−pH;pOH=−log⁡[OHX−].\mathrm{pH} = -\log[\ce{H3O+}],\quad [\ce{H3O+}] = 10^{-\mathrm{pH}};\qquad \mathrm{pOH} = -\log[\ce{OH-}].

En prenant −log⁡-\log de KeK_e : pH+pOH=14\boxed{\mathrm{pH} + \mathrm{pOH} = 14} (à 25 ∘C25\,{}^{\circ}\mathrm{C}). Plus généralement, pX=−log⁡X\mathrm{p}X = -\log X.

À retenircaractère d'une solution à 25 ∘C25\,{}^{\circ}\mathrm{C}

acide : pH<7\mathrm{pH}<7 ([HX3OX+]>[OHX−][\ce{H3O+}]>[\ce{OH-}]) ; neutre : pH=7\mathrm{pH}=7 ([HX3OX+]=[OHX−]=10−7[\ce{H3O+}]=[\ce{OH-}]=10^{-7}) ; basique : pH>7\mathrm{pH}>7 ([HX3OX+]<[OHX−][\ce{H3O+}]<[\ce{OH-}]). À TT constante, KeK_e est fixe : si [HX3OX+][\ce{H3O+}] augmente, [OHX−][\ce{OH-}] diminue (leur produit reste KeK_e).

À retenirforce d'un acide : KaK_a et pKa\mathrm{p}K_a

Pour HA+HX2O⇌AX−+HX3OX+\ce{HA + H2O <=> A- + H3O+} :

Ka=[AX−] [HX3OX+][HA],pKa=−log⁡Ka.K_a = \frac{[\ce{A-}]\,[\ce{H3O+}]}{[\ce{HA}]},\qquad \mathrm{p}K_a = -\log K_a.

De même pour une base B+HX2O⇌BHX++OHX−\ce{B + H2O <=> BH+ + OH-} : Kb=[BHX+] [OHX−][B]K_b = \dfrac{[\ce{BH+}]\,[\ce{OH-}]}{[\ce{B}]}, pKb=−log⁡Kb\mathrm{p}K_b = -\log K_b. Reliés, pour un même couple :

Ka×Kb=Ke⟺pKa+pKb=14 (aˋ 25 ∘C).\boxed{K_a\times K_b = K_e}\qquad\Longleftrightarrow\qquad \boxed{\mathrm{p}K_a + \mathrm{p}K_b = 14}\ (\text{à 25\,${}^{\circ}$$\mathrm{C}$}).
Piègele sens du pKa\mathrm{p}K_a à ne jamais inverser

KaK_a grand ⇔\Leftrightarrow pKa\mathrm{p}K_a petit ⇔\Leftrightarrow acide fort. Le logarithme inverse le sens : un acide fort a un pKa\mathrm{p}K_a petit (souvent <0<0). Conséquence : plus un acide est faible, plus sa base conjuguée est forte (pKa+pKb=14\mathrm{p}K_a + \mathrm{p}K_b = 14).

Piège« basique ⇔\Leftrightarrow pH >7>7 » : seulement à 25 ∘C25\,{}^{\circ}\mathrm{C}

KeK_e augmente avec la température (autoprotolyse endothermique) : le pH neutre diminue alors sous 77. Ne jamais écrire « basique == pH >7>7 » sans préciser TT : on compare toujours au pH neutre =12 pKe= \tfrac12\,\mathrm{p}K_e.

Ensuite, 3 niveaux d'exercices :
FacileMoyenDifficile
Passer aux exercices