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Spécialité Physique-Chimie 1ʳᵉ

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Réactions acido-basiques

Couples acide/base, transfert de proton et pH — Constitution et transformations de la matière (1re Spécialité)

À propos de cette page
Ce devoir surveillé sur « Réactions acido-basiques » en première permet de faire le point sur ses connaissances en spécialité physique-chimie, comme lors d'un véritable contrôle. Elle suit le programme officiel de première et propose plusieurs exercices notés sur 20, avec un corrigé détaillé. Au programme : L'essentiel : acide, base, couple et pH, Transfert d'ion hydrogène : écrire l'équation d'une réaction acido-basique, pH, ions oxonium et autoprotolyse de l'eau, Force d'un acide : Ka, pKa et taux d'avancement final. Travaille seul, chronomètre-toi, puis compare tes réponses au corrigé pour identifier les points à revoir. Parfait pour mesurer ses progrès et réviser efficacement. Évaluation gratuite conçue par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de première en spécialité physique-chimie.
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Devoir surveillé · Niveau difficile · Durée 120 min · Noté sur 20
120:00
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Devoir surveillé – Réactions acido-basiques

Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité Physique-Chimie 1ʳᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Couples acide/base et transfert de proton

(4 pts)
  1. a)Donner la base conjuguée de l'acide cyanhydrique HCN et écrire la demi-équation acido-basique du couple.
  2. b)Donner l'acide conjugué de l'éthanamine C2H5NH2 et écrire la demi-équation du couple correspondant.
  3. c)Écrire l'équation de la réaction entre l'acide cyanhydrique et l'éthanamine.
  4. d)L'ion hydrogénosulfure HS- intervient dans les couples H2S/HS- et HS-/S2-. Qu'en déduit-on sur cet ion ? Écrire son équation de réaction avec les ions oxonium.

Exercice 2 – Une solution d'acide chlorhydrique

(4 pts)

On dispose d'une solution S d'acide chlorhydrique (acide fort) de concentration apportée c = 1,6×10-3 mol·L-1, à 25 °C, où Ke = 1,0×10-14.

  1. a)Écrire l'équation de la réaction de l'acide chlorhydrique avec l'eau et calculer le pH de S.
  2. b)Calculer la concentration en ions hydroxyde dans S.
  3. c)On prélève 5,00 mL de S que l'on complète à 250,0 mL avec de l'eau distillée. Calculer la concentration puis le pH de la solution diluée.
  4. d)Un vinaigre d'acide éthanoïque de même concentration apportée a un pH mesuré de 4,4. Expliquer pourquoi ce résultat n'est pas en contradiction avec la question a).

Exercice 3 – Le couple HBrO/BrO⁻

(4 pts)

L'acide hypobromeux HBrO forme avec l'ion hypobromite BrO- un couple de pKa = 8,6.

  1. a)Écrire l'équation de la réaction de HBrO avec l'eau, donner l'expression de Ka et calculer sa valeur.
  2. b)Représenter le diagramme de prédominance du couple sur un axe de pH.
  3. c)Une solution contenant ce couple a un pH de 9,4. Calculer le rapport [BrO-]/[HBrO] puis le pourcentage de forme basique.
  4. d)À quel pH les deux formes du couple sont-elles en quantités égales ? Justifier par le calcul.

Exercice 4 – Trois solutions acides de même concentration

(4 pts)

Trois solutions d'acides différents ont la même concentration apportée c = 5,0×10-2 mol·L-1. On mesure leur pH à 25 °C.

SolutionS1S2S3
pH mesuré1,32,33,2

  1. a)Calculer la concentration en ions oxonium de chaque solution.
  2. b)Calculer le taux d'avancement final de la réaction de chaque acide avec l'eau.
  3. c)Identifier l'acide fort et justifier. Classer les deux autres acides par force décroissante.
  4. d)Un élève affirme : « S3 est la moins acide parce qu'elle est la moins concentrée. » Expliquer son erreur.

Exercice 5 – Soude et indicateur coloré

(4 pts)

On prépare une solution d'hydroxyde de sodium de concentration apportée c = 8,0×10-3 mol·L-1 (base forte, dissolution totale), à 25 °C. On dispose du jaune d'alizarine, indicateur coloré jaune sous sa forme acide et rouge sous sa forme basique, de zone de virage 10,1 – 12,0.

  1. a)Calculer [HO-], puis [H3O+] et le pH de cette solution.
  2. b)Quelle couleur prend une goutte de jaune d'alizarine versée dans cette solution ? Justifier.
  3. c)On dilue 100 fois la solution précédente. Calculer le pH obtenu et indiquer la nouvelle couleur de l'indicateur.
  4. d)Un élève affirme qu'en diluant 100 fois une solution basique, son pH augmente de 2 unités. Expliquer l'erreur et corriger l'affirmation.

Bon courage !

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Corrigé et barème – Réactions acido-basiques

Durée : 120 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité Physique-Chimie 1ʳᵉ

Exercice 1 – Couples acide/base et transfert de proton

(4 pts)
  1. a)Base conjuguée : ion cyanure CN-. Demi-équation : HCN = CN- + H+ (couple HCN/CN-). (1)
  2. b)Acide conjugué : ion éthylammonium C2H5NH3+. Demi-équation : C2H5NH3+ = C2H5NH2 + H+. (1)
  3. c)L'acide HCN cède le proton que la base C2H5NH2 capte : HCN + C2H5NH2 → CN- + C2H5NH3+ (charges nulles de chaque côté). (1)
  4. d)Il appartient à deux couples, comme base puis comme acide : c'est une espèce amphotère. Avec les ions oxonium il joue le rôle de base : HS- + H3O+ → H2S + H2O. (1)

Repère — Une demi-équation acido-basique ne contient jamais d'électron : on échange un proton H+, qui disparaît de l'équation finale.

Exercice 2 – Une solution d'acide chlorhydrique

(4 pts)
  1. a)HCl + H2O → Cl- + H3O+ (réaction totale), donc [H3O+] = c et pH = -log(1,6×10-3) = 2,8. (1)
  2. b)[HO-] = Ke/[H3O+] = 1,0×10-14/1,6×10-3 = 6,3×10-12 mol·L-1, négligeable devant [H3O+]. (1)
  3. c)Facteur de dilution : 250,0/5,00 = 50, donc c' = 1,6×10-3/50 = 3,2×10-5 mol·L-1 et pH' = -log(3,2×10-5) = 4,5 (le pH a augmenté de log 50 = 1,7). (1)
  4. d)L'acide éthanoïque est un acide faible : sa réaction avec l'eau est limitée, [H3O+] est bien inférieure à c, donc le pH est plus élevé que -log c = 2,8. À concentration apportée égale, un acide faible donne toujours un pH supérieur à celui d'un acide fort. (1)

Erreur fréquente — La formule pH = -log(c/c°) n'est valable que si la réaction avec l'eau est totale : la réserver aux acides forts.

Exercice 3 – Le couple HBrO/BrO⁻

(4 pts)
  1. a)HBrO + H2O ⇌ BrO- + H3O+ ; Ka = ([BrO-][H3O+])/([HBrO] c°) = 10-8,6 = 2,5×10-9. (1)
  2. b)Axe de pH avec la frontière en pH = 8,6 : HBrO prédomine pour pH < 8,6, BrO- prédomine pour pH > 8,6. (1)
  3. c)[BrO-]/[HBrO] = 10(9,4-8,6) = 100,8 = 6,3 ; pourcentage de BrO- : 6,3/(1 + 6,3) = 0,86, soit 86 %. (1)
  4. d)[BrO-] = [HBrO] donne log([BrO-]/[HBrO]) = 0, donc pH = pKa = 8,6 : chaque forme représente alors 50 % du couple. (1)

Le point clé — Le rapport des concentrations ne dépend que de l'écart pH - pKa : une unité d'écart correspond à un facteur 10.

Exercice 4 – Trois solutions acides de même concentration

(4 pts)
  1. a)[H3O+] = 10-pH : S1 : 5,0×10-2 mol·L-1 ; S2 : 5,0×10-3 mol·L-1 ; S3 : 6,3×10-4 mol·L-1. (1)
  2. b)τ = [H3O+]/c : S1 : τ = 1,0 soit 100 % ; S2 : τ = 0,10 soit 10 % ; S3 : τ = 0,013 soit 1,3 %. (1)
  3. c)S1 a un taux d'avancement final égal à 1 : sa réaction avec l'eau est totale, c'est un acide fort. Les deux autres sont des acides faibles ; l'acide de S2 est plus fort que celui de S3 (τ plus grand, pH plus bas, donc pKa plus petit). (1)
  4. d)Les trois solutions ont la même concentration apportée (5,0×10-2 mol·L-1) : l'élève confond concentration apportée et concentration en ions oxonium. Si S3 est la moins acide, c'est parce que son acide est le plus faible, donc le moins dissocié. (1)

À retenir — La force d'un acide se lit sur le taux d'avancement final à concentration apportée égale, jamais sur la seule valeur du pH.

Exercice 5 – Soude et indicateur coloré

(4 pts)
  1. a)[HO-] = c = 8,0×10-3 mol·L-1 ; [H3O+] = Ke/[HO-] = 1,0×10-14/8,0×10-3 = 1,25×10-12 mol·L-1 ; pH = -log(1,25×10-12) = 11,9. (1)
  2. b)pH = 11,9 se situe à l'intérieur de la zone de virage (10,1 – 12,0), mais très près de sa borne supérieure : on observe une teinte intermédiaire, orangé tirant vers le rouge, les deux formes de l'indicateur coexistant. (1)
  3. c)[HO-] devient 8,0×10-5 mol·L-1, donc [H3O+] = 1,25×10-10 mol·L-1 et pH = 9,9. Ce pH est inférieur à 10,1 : la forme acide de l'indicateur prédomine, la solution est jaune. (1)
  4. d)C'est l'inverse : la dilution rapproche toujours le pH de 7,0. Pour une solution basique diluée 100 fois, [HO-] est divisée par 100, donc [H3O+] est multipliée par 100 et le pH diminue de 2 unités (ici de 11,9 à 9,9). Seule une solution acide voit son pH augmenter par dilution. (1)

Attention — Diluer, c'est toujours se rapprocher de la neutralité : le pH monte pour un acide, il descend pour une base.

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Ce contrôle de spécialité physique-chimie 1ʳᵉ en bref

Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Réactions acido-basiques » : 5 exercices, 120 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.

  • Exercice 1 — Couples acide/base et transfert de proton/ 4 pts
  • Exercice 2 — Une solution d'acide chlorhydrique/ 4 pts
  • Exercice 3 — Le couple HBrO/BrO⁻/ 4 pts
  • Exercice 4 — Trois solutions acides de même concentration/ 4 pts
  • Exercice 5 — Soude et indicateur coloré/ 4 pts

Notions évaluées

L'essentiel : acide, base, couple et pH, Transfert d'ion hydrogène : écrire l'équation d'une réaction acido-basique, pH, ions oxonium et autoprotolyse de l'eau, Force d'un acide : Ka, pKa et taux d'avancement final, Diagramme de prédominance et indicateurs colorés, Méthodes.

Pour préparer ce contrôle

  1. Relire le cours.
  2. Refaire les exercices corrigés.
  3. Se tester avec le QCM (24 questions).
  4. Faire ce sujet en conditions réelles — 120 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.

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Questions fréquentes sur ce sujet
Combien de temps dure ce contrôle sur « Réactions acido-basiques » ?
120 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
Le corrigé est-il fourni ?
Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
Oui : c'est un devoir surveillé complet de 120 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
Ce sujet suit-il le programme de spécialité physique-chimie de première ?
Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Réactions acido-basiques » du programme officiel de spécialité physique-chimie en première, soit L'essentiel : acide, base, couple et pH, Transfert d'ion hydrogène : écrire l'équation d'une réaction acido-basique, pH, ions oxonium et autoprotolyse de l'eau, Force d'un acide : Ka, pKa et taux d'avancement final.
Bloqué sur ce chapitre ?

Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.

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