Les réactions acido-basiques

 

Les réactions acido-basiques

 

Activités :

1. Activité.1 : Changement de couleur de l’hélianthine

L’hélianthine est un indicateur coloré. Il existe en solution

sous deux formes : la forme acide (C₁₄H₁₅N₃O₃S) notée HIn(aq)

de couleur rouge , et la forme basique (C₁₄H₁₄N₃O₃S^–) ,notée

 In^-(aq) de couleur jaune.

Manipulation-1 : On ajoute quelques gouttes d’éthanoate de sodium à l’hélianthine (In^-)

Manipulation-2 : On ajoute quelques gouttes d’acide éthanoique à l’hélianthine (HIn)

2.Activité.2 :  Changement de couleur du bleu de bromothymol

Le bleu de bromothymol (B.B.T) est un indicateur coloré.

Il se présente en solution aqueuse sous deux formes de

couleurs différentes : La forme acide de formule brute C₂₇H₂₈Br₂O₅S notée HIn _(aq)

de couleur jaune et la forme basique de formule brute

 C₂₇H₂₇Br₂O₅S^- notée In ^–_(aq) de couleur bleue.

 

Manipulation-3 : On ajoute quelques gouttes d’hydroxyde de sodium au B.B.T(HIn)

Manipulation-4 : On ajoute quelques gouttes d’acide chlorhydrique au B.B.T (In^-)

3.Exploitation

1.Quelle est la différence entre les formules brutes de l’hélianthine et du B.B.T en milieu 

acide et en milieu basique ?

2.Dans chaque tube à essai, on verse de l’eau distillé et quelques gouttes de l’indicateur 

coloré, sous quelle forme se présente chaque indicateur ?Justifier

3.Observer le changement de couleur pour chaque manipulation. Quelle est l’espèce

 chimique formée, que l’on peut identifier lors de chaque transformation ?

4.Quelle est la particule échangée lors du passage entre les deux formes pour chaque indicateur ?

5.Completer l’équation chimique modélisant la réaction chimique lors de chaque manipulation

(1)    HIn_(aq) +CH₃COO^-_(aq) → In^- _(aq) + …………

(2)    In^– _(aq) + CH₃COOH _(aq) → HIn_(aq) + ………

(3)    HIn_(aq) +HO^-_(aq) → In^- _(aq) + ………

(4)    In^– _(aq) + H₃O⁺ _(aq) → HIn_(aq) + …………

6.Complèter la demi-équation acido-basique qui exprime le changement pour les espèces 

chimiques ajoutés à chaque indicateur lors de chaque manipulation.

(1)    CH₃COO^-_(aq) + ………  ⇄  ……………

(2)   CH₃COOH _(aq)  ⇄ …………  + ………     

(3)   HO^-_(aq) + ……… ⇄  …………

(4)    H₃O⁺ _(aq)   ⇄  ………  +  ………

 

4.Réponses

1.Pour chaque indicateur coloré, les deux formules brutes ne différent que par un proton H⁺. 

La forme acide a un proton de plus par rapport à la forme basique.

2.Dans la manipulation (1), H.T se présente sous forme acide car sa couleur est rouge.

Dans la manipulation (2), H.T se présente sous forme basique car sa couleur est jaune.

Dans la manipulation (3), B.B.T se présente sous forma acide car sa couleur est jaune.

Dans la manipulation (4), B.B.T se présente sous forme basique car sa couleur est jaune.

3.Dans la manipulation (1), l’espèce chimique formé est In^- (forme basique de l’hélianthine)

 car sa couleur est jaune.

Dans la manipulation (2), l’espèce chimique formé est HIn (forme acide de l’hélianthine) 

car sa couleur est rouge.

Dans la manipulation (3), l’espèce chimique formé est In^- (forme basique du B.BT) 

car sa couleur est bleue.

Dans la manipulation (4), l’espèce chimique formé est HIn (forme acide du B.B.T) 

car sa couleur est jaune.

5.

(1) HIn_(aq)+CH3COO^-_(aq)→ In^- _(aq)+CH₃COOH _(aq)

(2) In^– _(aq)+CH₃COOH _(aq)→HIn_(aq)+CH₃COO^–_(aq) 

(3)    HIn_(aq) +HO^-_(aq) →In^- _(aq)+H₂O _(l)

(4)    In^– _(aq) +H₃O⁺ _(aq) →HIn_(aq)+H₂O _(l)

6.

(1)    CH₃COO^-_(aq)  +H⁺ ⇄ CH₃COOH _(aq)  

(2)   CH₃COOH _(aq) ⇄  CH₃COO^– _(aq) + H⁺

(3)   HO^-_(aq) + H⁺ ⇄  H₂O _(l)

(4)    H₃O⁺ _(aq)  ⇄ H₂O _(l) + H⁺ 

 

Cours

1.Définition d’un acide, et d’une base selon la théorie de Bronsted

Acide : Toute espèce chimique (molécule ou ion) susceptible de fournir au moins un proton H⁺.

Exemples : CH₃COOH , H₃O⁺ ,  H₂O

Base: Toute espèce chimique (molécule ou ion) capable de capter au moins un proton H⁺.

Exemples :CH₃COO^–  ,  HO^- ,  H₂O

2. Les couples acide/base en solution aqueuse

2.1.Définition :

Un couple acide/base est l’ensemble d’un acide et d’une base susceptibles de s’échanger

 un proton H⁺ selon la demi-équation acido-basique :

acide     ⇄         base    +  H+

L’acide et la base sont dits acide et base conjugués.

2.2.Exemples :

Activité.1 manipulation.1 : La base CH₃COO^-_(aq) s’est transformée en son acide conjuguée CH₃COOH _(aq) en captant un proton H⁺ selon la demi-équation :

CH3COO^-_(aq) +H⁺  ⇄  CH₃COOH _(aq)  

Acitivté1.manipulation.2:  L’acide CH₃COOH _(aq)   s’est transformé en sa base conjuguée

CH₃COO^– _(aq)  en cédant un proton H⁺ selon la demi-équation :

CH₃COOH _(aq) ⇄  CH₃COO^– _(aq)  + H⁺

Les deux espèces CH₃COOH _(aq) et CH₃COO^– _(aq)  forment un couple acide/base noté par convention, dans l’ordre : CH₃COOH _(aq) / CH₃COO^– _(aq) 

Activité2.manipulation3  :On a le couple acide/base : H₂O _(l) / HO^-_(aq)

Activité2.manipulation4  : On a le couple acide/base : H₃O⁺ _(aq)/ H₂O _(l)

Remarque : L’eau intervient dans deux couples acide/base : H₂O _(l) / HO^-_(aq) et

H₃O⁺ _(aq)/ H₂O _(l) .C’est un acide dans le premier couple et base dans le deuxième couple.

 Une telle espèce chimique est qualifiée d’ampholyte.

3.Les réactions acido-basique :

3.1.Définition :

Une réaction acido-basique est un transfert de protons H⁺ de l’acide acide1 d’un couple acide1/base1  à la base base2  d’un autre couple acide2 /base2

Demi-équations acido-basique :                  acide1 ⇄ base1 + H⁺

                                                                       Base2 + H⁺ ⇄ acide2

Equation de la réaction acido-basique :       acide1 + base2 ⇄ base2 + acide1

Exemples :

1.Equation de réaction entre l’acide éthanoïque et l’ammoniac

CH₃COOH _(aq)  + NH_3(aq)  → CH₃COO^– _(aq) +  NH₄⁺_(aq)

2.1.Equation de réaction entre l’acide citrique C₆H₈O_7(aq) et l’ion hydrogénocarbonate

C₆H₈O_7(aq) + HCO₃^- _(aq)  →  C₆H₇O₇^-_(aq) +CO₂ , H₂O_(aq)

4.Les indicateurs colorés

Un indicateur coloré est un couple acide/base dont la couleur de l’acide diffère de celle de la base. On note son couple HIn/ In^-

En présence d’un acide HA, la base In^- de l’indicateur réagit avec cet acide selon l’équation : HA + In^- → A^-   + HIn. La solution prend alors la couleur de l’acide HIn

En présence d’une base B, l’acide HIn de l’indicateur réagit avec cette base selon l’équation : B + HIn → BH⁺   + In^-. La solution prend alors la couleur de la base In^-

Exemple d’indicateurs colorés

Exercices d’application :

Exercice.1

1.Ecrire les équations des réactions des acides ci-dessous avec l’eau (H₂O_(l)) :

a) HCOOH_(aq)       b) HNO_3(aq)   c) NH₄⁺_(aq)

2.Ecrire les équations des réactions des bases ci-dessous avec l’eau( H₂O_(l)) :

a) NH_3(aq)         b) HCO₃^-_(aq)                     c) HO^-_(aq)                 d) CH₃NH_2(aq)

Exercice2

1.Donner la base conjuguée des acides suivants

a) HNO₂                         c) H₃PO₄                  b) CH₂ClCOOH                   d) H₂PO₄^–

2.Donnez l'acide conjugué de chaque base ci-dessous :

 a) NH₃           c) NaOH                       b) HSO₄ ^–              d) C₂O₄ ^2-

Exercice.3

Indiquez le couple acide / base conjuguée mis en jeu dans les réactions suivantes :

 a) C₆H₅COOH + H₂O → H₃O⁺ + C₆H₅COO^–

 b) CH₃NH₂ + H₂O →   CH₃NH₃ + + OH^–

c) HCOOH + H₂O   →   H₃O⁺ + HCOO^-

Exercice.4

On introduit dans l’eau distillé n₁=12,0mmol d’acide éthanoïque CH₃COOH et n₂= 17,5 mmol d’ammoniac NH₃. Le volume de la solution est V=250ml.

1.Ecrire l’équation modélisant la réaction entre les deux espèces introduites.

2.Déterminer la composition, en concentrations, de la solution obtenue.