Karamö, le prof virtuelLeçon 3 sur 26
Acidité et basicité des solutions
Je sais dire si une solution est acide, neutre ou basique à l'aide de son pH ou d'un indicateur coloré, et prévoir l'effet d'une dilution ou d'une neutralisation.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir une solution acide, neutre ou basique à partir des ions H₃O⁺ et OH⁻
- Utiliser l'échelle de pH et le papier pH
- Interpréter la couleur des indicateurs colorés (BBT, phénolphtaléine, hélianthine)
- Prévoir l'évolution du pH lors d'une dilution et écrire l'équation de la neutralisation
Avant de commencer : Les solutions aqueuses et les solutions ioniques (leçons précédentes), la notation des ions et des puissances de 10.
1Je découvre
À Kindia, Mariama aide sa mère à laver la vaisselle après la préparation du repas. Elle a des petites coupures aux doigts. Quand elle presse un citron pour la sauce, ça pique très fort. Quand elle met ses mains dans l'eau savonneuse, ça glisse et ça picote un peu aussi, mais autrement.
Sa mère lui explique : « Le citron est acide, le savon est tout le contraire. » Mariama se demande ce que veut dire exactement « acide ». Au marché, elle entend aussi le vendeur de chaux dire que la chaux « corrige » les terres trop acides des jardins.
En classe, le professeur verse quelques gouttes d'un liquide vert, le bleu de bromothymol, dans trois verres. Dans le jus de citron, il devient jaune ; dans l'eau salée, il reste vert ; dans l'eau de savon, il devient bleu.
Qu'est-ce qui rend une solution acide ou basique, et comment le mesurer simplement ?
2Je comprends
1. Les ions responsables : H₃O⁺ et OH⁻
L'eau pure contient, en toute petite quantité, deux sortes d'ions formés à partir de ses propres molécules :
- l'ion hydronium (ou oxonium) H3O^+ ;
- l'ion hydroxyde OH^-.
Dans l'eau pure, ces deux ions sont en quantités égales : à 25 °C, [H3O^+] = [OH^-] = 10-7 mol/L.
Quand on dissout certaines substances, cet équilibre change :
- Une solution est acide si elle contient plus d'ions H3O^+ que d'ions OH^-. Exemples : jus de citron, vinaigre, acide chlorhydrique, jus de bissap.
- Une solution est neutre si elle contient autant d'ions H3O^+ que d'ions OH^-. Exemples : eau pure, eau salée, eau sucrée.
- Une solution est basique si elle contient plus d'ions OH^- que d'ions H3O^+. Exemples : eau de savon, eau de chaux, eau de Javel, solution d'hydroxyde de sodium (soude).
Ainsi, l'acide chlorhydrique contient des ions H3O^+ et Cl^- ; la soude contient des ions Na^+ et OH^-.
2. Le pH : une échelle pour mesurer l'acidité
Pour dire « à quel point » une solution est acide ou basique, on utilise le pH (potentiel hydrogène). C'est un nombre sans unité, compris le plus souvent entre 0 et 14 pour les solutions aqueuses courantes.
À 25 °C :
- pH < 7 : solution acide (plus le pH est petit, plus elle est acide) ;
- pH = 7 : solution neutre ;
- pH > 7 : solution basique (plus le pH est grand, plus elle est basique).
Le pH est lié à la concentration en ions H3O^+ : quand [H3O^+] = 10-n mol/L, alors pH = n. Par exemple, si [H3O^+] = 10-3 mol/L, le pH vaut 3. Une diminution du pH d'une unité correspond donc à une concentration en H3O^+ multipliée par 10.
| Solution courante | pH approximatif | Nature |
|---|---|---|
| Suc gastrique (estomac) | 1 à 2 | acide |
| Jus de citron | environ 2 | acide |
| Vinaigre | environ 3 | acide |
| Eau pure | 7 | neutre |
| Sang humain | environ 7,4 | légèrement basique |
| Eau de mer | environ 8 | basique |
| Eau savonneuse | environ 10 | basique |
| Eau de Javel | 11 à 12 | basique |
3. Mesurer le pH
- Le papier pH : on dépose une goutte de solution sur une bandelette avec un agitateur en verre (jamais en trempant le papier dans le flacon). La couleur obtenue est comparée à une échelle de teintes imprimée sur la boîte. On obtient le pH à une unité près environ.
- Le pH-mètre : un appareil électronique muni d'une sonde, qui affiche le pH avec une bonne précision (au dixième près).
- Les indicateurs colorés : quelques gouttes suffisent ; leur couleur dépend du pH.
| Indicateur | Couleur en milieu acide | Zone de virage | Couleur en milieu basique |
|---|---|---|---|
| Bleu de bromothymol (BBT) | jaune | vert (pH 6,0 à 7,6) | bleu |
| Phénolphtaléine | incolore | pH 8,2 à 10 | rose violacé |
| Hélianthine | rouge | orange (pH 3,1 à 4,4) | jaune |
Le BBT est le plus pratique pour savoir si une solution est acide, neutre ou basique, car il vire près de 7. La phénolphtaléine sert surtout à reconnaître une solution basique : elle reste incolore dans une solution acide ou neutre.
Exemple
Kadiatou a trois flacons sans étiquette : du vinaigre, de l'eau salée et de l'eau de chaux. Elle ajoute du BBT dans un échantillon de chacun. Flacon A : jaune ; flacon B : bleu ; flacon C : vert. Identifier les flacons.
BBT jaune : solution acide, donc A contient le vinaigre.
BBT bleu : solution basique, donc B contient l'eau de chaux.
BBT vert : solution neutre, donc C contient l'eau salée.
Pour confirmer B, on peut ajouter de la phénolphtaléine à un autre échantillon : elle devient rose, ce qui confirme une solution basique.
4. Effet de la dilution sur le pH
Diluer une solution acide, c'est diminuer la concentration des ions H3O^+ : son pH augmente et se rapproche de 7. Diluer une solution basique fait diminuer son pH, qui se rapproche aussi de 7. Mais une dilution ne fait jamais passer une solution de l'autre côté de 7 : un acide dilué reste acide, même très faiblement.
Pour l'acide chlorhydrique, diluer 10 fois fait gagner 1 unité de pH (tant qu'on reste loin de 7).
Exemple
Une solution d'acide chlorhydrique a une concentration en ions H₃O⁺ de 10⁻² mol/L. Quel est son pH ? Quel est le pH après une dilution par 10, puis par 100 ?
[H₃O⁺] = 10⁻² mol/L, donc pH = 2.
Dilution par 10 : [H₃O⁺] = 10⁻² / 10 = 10⁻³ mol/L, donc pH = 3.
Dilution par 100 (à partir de la solution de départ) : [H₃O⁺] = 10⁻² / 100 = 10⁻⁴ mol/L, donc pH = 4.
Le pH augmente mais reste inférieur à 7 : la solution reste acide.
5. La neutralisation
Quand on mélange une solution acide et une solution basique, les ions H3O^+ et OH^- réagissent ensemble pour former de l'eau :
H3O^+ + OH^- → 2H2O
C'est la réaction de neutralisation. Elle dégage de la chaleur. Si on mélange les bonnes quantités, on obtient une solution neutre (pH = 7) qui contient les autres ions. Par exemple, l'acide chlorhydrique et la soude donnent de l'eau salée :
(H3O^+ + Cl^-) + (Na^+ + OH^-) → (Na^+ + Cl^-) + 2H2O
C'est ce qui se passe quand un jardinier répand de la chaux (basique) sur un sol trop acide, ou quand un médicament contre les brûlures d'estomac (basique) réduit l'acidité gastrique.
Méthode
Pour identifier la nature d'une solution :
- Je prélève un petit échantillon dans un tube à essai (je ne mets jamais l'indicateur dans le flacon d'origine).
- J'ajoute 2 ou 3 gouttes de BBT, ou je dépose une goutte sur du papier pH.
- Je lis la couleur : jaune = acide ; vert = neutre ; bleu = basique (ou je lis le pH sur l'échelle).
- Je conclus en comparant le pH à 7.
6. La sécurité avant tout
Les acides et les bases concentrés sont corrosifs : ils brûlent la peau et les yeux. On porte des lunettes et une blouse, on ne goûte jamais un produit du laboratoire, et pour diluer un acide concentré on verse l'acide dans l'eau, lentement, et jamais l'inverse (la chaleur dégagée pourrait faire gicler l'acide). En cas de projection, on rince abondamment à l'eau. Il ne faut jamais mélanger l'eau de Javel avec un produit acide : cela dégage un gaz toxique.
3Je retiens
Je retiens
Solution acide : [H₃O⁺] > [OH⁻], pH < 7. Solution neutre : [H₃O⁺] = [OH⁻], pH = 7. Solution basique : [OH⁻] > [H₃O⁺], pH > 7 (à 25 °C).
Si [H₃O⁺] = 10⁻ⁿ mol/L, alors pH = n.
BBT : jaune (acide), vert (neutre), bleu (basique). Phénolphtaléine : incolore puis rose en milieu basique. Hélianthine : rouge (très acide), jaune.
Dilution : le pH se rapproche de 7 sans jamais le dépasser.
Neutralisation : H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O ; la réaction dégage de la chaleur.
Sécurité : on verse toujours l'acide dans l'eau.
4Erreurs fréquentes
- Croire qu'un pH élevé signifie « très acide » : c'est l'inverse, plus le pH est petit, plus la solution est acide.
- Penser qu'en diluant beaucoup un acide on obtient une base : la dilution rapproche le pH de 7 sans jamais le dépasser.
- Conclure « solution acide » parce que la phénolphtaléine reste incolore : elle est incolore aussi en milieu neutre. Il faut utiliser le BBT ou le papier pH.
- Tremper le papier pH dans le flacon : on pollue la solution. On dépose une goutte avec un agitateur.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Classe ces solutions en acides, neutres ou basiques : A (pH = 3), B (pH = 7), C (pH = 12), D (pH = 5,5), E (pH = 8).
Range ensuite les solutions acides de la plus acide à la moins acide.
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Acides : A (pH 3) et D (pH 5,5). Neutre : B (pH 7). Basiques : C (pH 12) et E (pH 8).
De la plus acide à la moins acide : A (pH 3) puis D (pH 5,5).
2Exercice 2
Quelle couleur prend le BBT dans : a) du jus de citron ; b) de l'eau sucrée ; c) une solution d'hydroxyde de sodium ? Quelle couleur prend la phénolphtaléine dans ces mêmes solutions ?
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a) Jus de citron (acide) : BBT jaune ; phénolphtaléine incolore.
b) Eau sucrée (neutre) : BBT vert ; phénolphtaléine incolore.
c) Soude (basique) : BBT bleu ; phénolphtaléine rose.
3Exercice 3
a) Une solution a une concentration en ions H3O^+ égale à 10-5 mol/L. Quel est son pH ? Est-elle acide ou basique ?
b) Une solution a un pH de 4. Quelle est sa concentration en ions H3O^+ ?
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a) [H3O^+] = 10-5 mol/L, donc pH = 5 : la solution est acide (5 < 7).
b) pH = 4, donc [H3O^+] = 10-4 mol/L.
4Exercice 4
Alpha dispose d'une solution d'acide chlorhydrique de pH 3. Il en prélève 10 mL et ajoute de l'eau distillée jusqu'à 100 mL.
a) Comment s'appelle cette opération ? Quel est le nouveau pH ?
b) Alpha dit : « Si je dilue encore des milliers de fois, j'obtiendrai une solution basique. » A-t-il raison ? Justifie.
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a) C'est une dilution par 10 (le volume passe de 10 mL à 100 mL). [H3O^+] passe de 10-3 à 10-4 mol/L : le nouveau pH vaut 4.
b) Non. En diluant, le pH se rapproche de 7 mais ne le dépasse jamais : la solution reste acide, de plus en plus faiblement. On n'ajoute pas d'ions OH^- en ajoutant de l'eau, donc on ne peut pas obtenir une solution basique.
5Exercice 5
(Type BEPC) Dans une trousse de laboratoire, on trouve trois flacons A, B et C : vinaigre, eau salée et eau de chaux, dans le désordre. On dispose de BBT et de phénolphtaléine.
a) Avec le BBT, A devient bleu, B jaune et C vert. Identifie chaque flacon.
b) Quel ion est en excès dans le flacon A ? dans le flacon B ?
c) Quelle couleur prendrait la phénolphtaléine dans chaque flacon ?
d) On mélange A et B en proportions convenables. Comment s'appelle la réaction ? Écris son équation.
e) Donne deux règles de sécurité à respecter quand on manipule des acides.
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a) A (BBT bleu, basique) : eau de chaux. B (BBT jaune, acide) : vinaigre. C (BBT vert, neutre) : eau salée.
b) Dans A (basique), les ions OH^- sont en excès. Dans B (acide), les ions H3O^+ sont en excès.
c) A : rose ; B : incolore ; C : incolore.
d) C'est une neutralisation : H3O^+ + OH^- → 2H2O.
e) Porter des lunettes de protection et une blouse ; verser l'acide dans l'eau et jamais l'eau dans l'acide ; ne jamais goûter ni sentir directement un produit ; rincer abondamment à l'eau en cas de projection. (Deux règles suffisent.)
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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