Au programme de ce chapitre
- I. L'autoprotolyse de l'eau
- II. Calculer le pH d'un acide fort ou d'une base forte
- III. Mesurer le pH
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Même pure, l'eau contient un tout petit peu d'ions, car deux molécules d'eau échangent un proton : c'est l'autoprotolyse.
2 H2O ⇌ H3O+ + OH−
À 25 °C, le produit des concentrations est constant : Kw = [H3O+] · [OH−] = 1,0 · 10−14 (produit ionique de l'eau). Dans l'eau pure, [H3O+] = [OH−] = 1,0 · 10−7 mol/L.
2 H2O ⇌ H3O+ + OH−
À 25 °C, le produit des concentrations est constant : Kw = [H3O+] · [OH−] = 1,0 · 10−14 (produit ionique de l'eau). Dans l'eau pure, [H3O+] = [OH−] = 1,0 · 10−7 mol/L.
Un exemple corrigé
Exemple
- HCl à 0,010 mol/L : [H3O+] = 10−2 mol/L, pH = 2.
- HNO3 à 0,050 mol/L : pH = −log 0,050 = 1,30.
- NaOH à 0,0010 mol/L : [OH−] = 10−3, pOH = 3, pH = 11.
- NaOH à 0,020 mol/L : pOH = −log 0,020 = 1,70, pH = 12,30.
Lexique
- autoprotolyse
- échange de proton entre deux molécules d'eau
- produit ionique de l'eau
- Kw = [H3O+]·[OH−] = 1,0·10−14 à 25 °C
- pH
- grandeur égale à −log [H3O+]
- zone de virage
- intervalle de pH où un indicateur change de couleur
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — oublier le signe moins du logarithme. Pour une solution à 0,010 mol/L, log 0,010 = −2. Le pH vaut donc −(−2) = +2, jamais −2. Si ton pH d'un acide est négatif, vérifie le signe.
Piège — confondre [OH<sup>−</sup>] et [H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>] pour une base. Pour NaOH à 0,010 mol/L, la valeur 0,010 est la concentration en OH− : le pH vaut 12, pas 2. Pour Ba(OH)2 et Ca(OH)2, n'oublie pas le facteur 2, car chaque formule libère deux OH−.
Attention L'échelle de pH est logarithmique : une solution à pH 3 contient 10 fois plus d'ions H3O+ qu'une solution à pH 4 (et 100 fois plus qu'à pH 5). Si on dilue 10 fois un acide fort, son pH augmente de 1. Mais on aura beau diluer un acide, son pH s'approche de 7 sans jamais le dépasser.
L'astuce du prof
Astuce. Le nombre de décimales du pH est égal au nombre de chiffres significatifs de la concentration. Pour 0,0025 mol/L (2 chiffres significatifs), écris pH = 2,60 et pas 2,6021.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — pH de trois acides forts
Calcule le pH : a) d'une solution d'acide chlorhydrique à 1,0 · 10−3 mol/L ; b) d'une solution d'acide nitrique à 0,0040 mol/L ; c) d'une solution d'acide bromhydrique HBr à 0,020 mol/L.
Voir la correction
Pour un acide fort, [H3O+] = Ca. a) pH = −log (10−3) = 3,0. b) pH = −log 0,0040 = 2,40. c) pH = −log 0,020 = 1,70.
Exercice 2 — pH de deux bases fortes
Calcule le pH : a) d'une solution de soude NaOH à 0,0030 mol/L ; b) d'une solution d'hydroxyde de baryum Ba(OH)2 à 0,0050 mol/L.
Voir la correction
Commençons par [OH−]. a) [OH−] = 0,0030 mol/L, donc pOH = −log 0,0030 = 2,52 et pH = 14 − 2,52 = 11,48. b) Chaque formule libère deux ions OH− : [OH−] = 2 × 0,0050 = 0,010 mol/L, donc pOH = 2,0 et pH = 12,0.