Les réactions acido-basiques

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Tests
Dans la vie courante, nous utilisons régulièrement des solutions acides ou basiques : détartrant, vinaigre, jus de citron, ammoniaque, soude, etc.
En classe de troisième, nous avons défini un acide comme une solution dont le pH est inférieur à 7, une base comme une solution dont le pH est supérieur à 7.
Mais que contiennent ces solutions qui leur confèrent un caractère acido-basique ? Que se passe-t-il lorsqu'on mélange une solution acide et une solution basique ?
1. Acides et bases de Brönsted
• L'ion hydrogène H+ est communément appelé « proton ».
• Un acide au sens de Brönsted est une espèce chimique susceptible de perdre un ou plusieurs protons.
S'il ne peut perdre qu'un seul proton, c'est un monoacide (par exemple le chlorure d'hydrogène HCl(g)).
S'il peut en perdre plusieurs, c'est un polyacide : diacide (par exemple l'acide sulfurique H2SO4(l)), triacide, etc.
• Une base au sens de Brönsted est une espèce chimique susceptible de capter un ou plusieurs protons.
De la même façon, on définit les monobases (par exemple l'ammoniac NH3(g)), les polybases, les dibases, etc.
Test n°1Test n°2
2. Les couples acide/base
• Un couple acide/base (noté A/B) est constitué d'un acide et de sa base conjuguée : l'acide A, en perdant un proton H+, donne sa base conjuguée B ; inversement, la base B, en captant un proton, donne son acide conjugué A.
Un couple acide/base est caractérisé par sa demi-équation protonique A = B + H+.
• Quelques exemples de couples acido-basiques usuels :
3. La réaction acido-basique
• Une réaction acido-basique est un échange de proton entre l'acide d'un couple A1/B1 et la base d'un autre couple A2/B2.
Son équation chimique est donc de la forme : A1 + B2 → A2 + B1.
On peut l'établir en « additionnant » les demi-équations protoniques (en inversant celle du couple dont est issu la base B2).
Exemple : réaction entre l'acide éthanoïque (couple CH3COOH/CH3COO) et l'ion hydroxyde (couple H2O/HO).
Demi-équation du couple A1/B1 :
CH3COOH(aq) = CH3COO(aq) + H+
Demi-équation du couple A2/B2 (inversée) :
HO(aq) + H+ = H2O(l)
Équation de la réaction acido-basique :
CH3COOH(aq) + HO(aq) → CH3COO(aq) + H2O(l)

Test n°5Test n°6
4. Caractère amphotère de l'eau
• On remarque que l'eau constitue à la fois la forme basique du couple H3O+/H2O et la forme acide du couple H2O/HO. On dit que l'eau est une espèce amphotère (ou un ampholyte).
• La réaction de l'eau (acide) sur l'eau (base) s'écrit :
2 H2O(l) \rightleftarrows H3O+(aq) + HO(aq).
Cette réaction s'appelle l'« autoprotolyse » de l'eau.
Elle explique pourquoi l'eau « pure » est faiblement conductrice : elle contient des ions H3O+ et HO.
Test n°7
5. Les indicateurs colorés acido-basiques
• Un indicateur coloré est une espèce chimique :
  • qui a des propriétés acido-basiques ;
  • dont les formes acide et basique ont des couleurs différentes en solution aqueuse.
On note généralement le couple sous la forme HIn(aq)/In(aq).
• Les indicateurs colorés permettent :
  • de déterminer un encadrement du pH d'une solution, car la couleur observée lorsqu'on met quelques gouttes d'indicateur coloré dans une solution dépend du pH de cette solution (le papier-pH est imprégné d'un mélange d'indicateurs colorés) ;
  • de repérer l'équivalence d'un dosage (voir le chapitre Les dosages).
6. Quelques acides et bases usuels
• Des acides en solution aqueuse :

Corps pur
Ions en solution aqueuse
acide chlorhydrique
HCl(g)
chlorure d'hydrogène
(H3O+(aq),Cl(aq))
acide sulfurique
H2SO4(l)
(2 H3O+(aq),SO42−(aq))
acide nitrique
HNO3(l)
(H3O+(aq),NO3(aq))
acide phosphorique
H3PO4 (l)
(3 H3O+(aq),PO43−(aq))

• Des bases en solution aqueuse :

Corps pur
Ions en solution aqueuse
hydroxyde de sodium
(soude)
NaOH(s)
(Na+(aq),HO(aq))
hydroxyde de potassium
(potasse)
KOH(s)
(K+(aq),HO(aq))

Test n°8
7. Précautions d'emploi des acides et des bases
• Les acides et les bases sont corrosifs, d'autant plus qu'ils sont concentrés : il faut donc éviter le contact avec la peau (en portant une blouse, des gants, des lunettes de protection) et l'inhalation des vapeurs (manipulation sous hotte).
• Les réactions acido-basiques sont exothermiques (elles dégagent de la chaleur) : il y a donc des risques de projections si l'eau entre en ébullition.
La dilution d'un acide ou d'une base concentrée est aussi une réaction acido-basique, donc exothermique : on ajoutera toujours l'acide ou la base dans l'eau et non l'inverse.
Test n°9
À retenir
• Un acide est une espèce chimique susceptible de perdre un ou plusieurs protons H+.
Une base est une espèce chimique susceptible de capter un ou plusieurs protons H+.
Un couple acide/base (noté A/B), est constitué d'un acide et de sa base conjuguée ; il est caractérisé par sa demi-équation protonique A = B + H+.
• Une réaction acido-basique est un échange de proton entre l'acide d'un couple A1/B1 et la base d'un autre couple A2/B2. Son équation chimique est donc de la forme : A1 + B2 → A2 + B1.
L'eau est une espèce amphotère : elle peut se comporter à la fois comme un acide dans le couple H2O/HO et comme une base dans le couple H3O+/H2O.
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