Exercices

5

Couple acide-base (1)

◆ Justifier que ${\text{CH}}_3{\text{COOH (aq)/CH}}_3{\text{COO}}^{-}\text{(aq)}$ est un couple acide-base en écrivant la demi-équation associée.

6

Couple acide-base (2)

◆ Justifier que ${\text{NH}}_4^{+}{\text{(aq)/NH}}_3\text{(aq)}$ est un couple acide‑base en écrivant la demi‑équation associée.

7

Groupe caractéristique

1. Préciser si l’éthanal, contenu dans certaines plantes comme le tabac, le coton ou les fruits mûrs, peut être acide. Justifier.




2. Justifier que l’éthanal ne fait pas partie de la famille des acides carboxyliques.

8

Représentation de Lewis (1)

◆ Représenter les schémas de Lewis de l’ion ammonium ${\text{NH}}_4^{+}$ et de l’ammoniac ${\text{NH}}_3$.

9

Représentation de Lewis (2)

◆ Représenter le schéma de Lewis de l’ion éthanoate ${\text{CH}}_3{\text{COO}}^{-}$.

10

$\text{pH}$ et acidité

Le $\text{pH}$ d’une eau gazeuse est de 5,5.

1. Préciser si cette eau gazeuse est acide, neutre ou basique.


2. Calculer la concentration en ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$ de cette eau.

11

Préparation des ECE

1. Préciser l’utilité d’un pH-mètre.


2. Expliciter le terme « étalonner » dans le cas du pH-mètre.

A

Modélisation des transformations acide‑base

✔ REA : appliquer une formule

• Déterminer le pH d’une solution dont la concentration en ion oxonium est égale à $\left[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\right]=4,0\times 10^{-4}$mol·L^-1.

Données

Relation entre les concentrations dans l’eau à 25 °C : $\frac{\left[{\mathrm{H}\mathrm{O}}^{-}\right]\cdot \left[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\right]}{c^2}=K_e$

Conductivités molaires ioniques à 25°C : $\lambda \left({\mathrm{H}\mathrm{O}}^{-}\right)=19,8$ mS·m²·mol^-1 et $\lambda \left({\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\right)=35,0$ mS·m²·mol^-1
Produit ionique de l’eau : $K_e=10^{14}$

12

Identification de couples acide-base (1)

✔ REA : Utiliser un modèle

◆ Identifier les couples acide-base parmi les couples suivants en écrivant les demi-équations associées :

a. ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{\text{(aq)/H}}_2\text{O(l)}$.

b. ${\text{Fe}}^{3+}{\text{(aq)/Fe}}^{2+}\text{(aq)}$.

c. $\text{HgO(s)/Hg(l)}$.

d. ${\text{H}}^{+}{\text{(aq)/H}}_2\text{(g)}$.

e. ${\text{HNO}}_3{\text{(aq)/NO}}_3^{-}\text{(aq)}$.

13

Identification de couples acide-base (2)

✔ REA : Utiliser un modèle

◆ Identifier les couples acide-base parmi les couples suivants et écrire leur demi-équation :

a. ${\text{O}}_2{\text{(g)/H}}_2{\text{O}}_2\text{(aq)}$.

b. ${\text{H}}_2{\text{O}}_2{\text{(aq)/H}}_2\text{O(l)}$.

c. ${\text{H}}_2\text{O}{\text{(l)/HO}}^{-}\text{(aq)}$.

d. ${\text{CH}}_3{\text{CHO(aq)/C}}_2{\text{H}}_5\text{OH(aq)}$.

e. $({\text{CO}}_2,{\text{H}}_2\text{O})(\text{aq}){\text{/HCO}}_3^{-}\text{(aq)}$.

14

Espèce conjuguée

✔ REA : Utiliser un modèle

◆ Compléter les couples acide-base suivants :

a. $\text{HF(aq)/}\dots$

b. $\dots /{\text{CH}}_3{\text{COO}}^{-}\text{(aq)}$.

c. ${\text{(CO}}_2,{\text{H}}_2\text{O)(aq)}/\dots$

d. $\dots /{\text{SO}}_3^{2-}\text{(aq)}$.

15

Réaction acide-base

✔ REA : Utiliser un modèle

En mettant de l’aspirine dans de l’eau, la réaction suivante se produit :
1. Identifier les deux couples acide-base impliqués.


2. Préciser si l’eau joue le rôle d’un acide ou d’une base.

B

Acide phosphorique

✔ REA : Utiliser un modèle

L’acide phosphorique a pour formule ${\text{H}}_3{\text{PO}}_4$.

1. Sachant que l’atome de phosphore est lié aux quatre atomes d’oxygène $\text{O},$ donner sa représentation de Lewis.

2. Quelle est la géométrie autour de l’atome de phosphore ?

3. Justifier que l’acide phosphorique est un triacide.

4. Donner la formule brute des bases conjuguées de l’acide phosphorique. Lesquelles peuvent être qualifiées d’amphotères ?

16

Pyridine

✔ REA : Utiliser un modèle
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

La pyridine, contenant un cycle à cinq atomes de carbone et un atome d’azote, a une odeur rappelant celle du poisson. Elle est utilisée comme précurseur en pharmacie ainsi que pour la fabrication d’insecticides.



1. Représenter le schéma de Lewis de la pyridine.

2. Préciser si la pyridine peut avoir un caractère acide. Justifier.

3. Même question pour le caractère basique.

4. Représenter le schéma de Lewis de l’acide conjugué ou de la base conjuguée de la pyridine.

5. Écrire le couple acide-base de la pyridine.

17

Acide dans l’huile

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

L’acide palmitique (ou acide hexadécanoïque) est contenu dans l’huile de palme. Sa formule est ${\text{CH}}_3({\text{CH}}_2{)}_{14}\text{COOH}$.

1. Justifier sa dénomination d’« acide ».


2. Identifier l’atome d’hydrogène responsable du caractère acide.

3. Représenter le schéma de Lewis de sa base conjuguée.

18

Alanine

✔ REA : Utiliser un modèle
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement


1. L’alanine est l’un des acides aminés les plus fréquents dans les protéines. À l’aide du modèle moléculaire ci-contre, déterminer le schéma de Lewis de l’alanine.

2. Identifier les groupes caractéristiques de l’alanine.
Ce composé existe en solution aqueuse sous la forme d’un amphion ou ion dipolaire de formule chimique :


3. Justifier le caractère amphotère de l’alanine.

19

$\text{pH}$ et concentration

✔ REA : Appliquer une formule
✔ VAL : Identifier et évaluer les sources d’erreurs

Camille mesure le $\text{pH}$ d’une eau minérale. Le $\text{pH}$ mesuré est de ($7,4\pm 0,2$). L’étiquette indique qu’elle contient notamment $468$ mg·L^-1 d’ions calcium ${\text{Ca}}^{2+}\text{(aq)}$.

1. Relever l’incertitude de cette mesure. Commenter.


2. Donner un encadrement de la concentration en (mol·L^-1) en ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$. Commenter.


3. Déterminer la concentration en ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$ en (g·L^-1).


4. Comparer les concentrations en ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$ et calcium ${\text{Ca}}^{2+}\text{(aq)}$.

Données

• Masses molaires atomiques : $M(\text{H)}=1,0$ g·mol^-1, $M(\text{O})=16,0$ g·mol^-1 et $M(\text{Ca})=40,1$ g·mol^-1

20

Acide sulfurique dilué

✔ REA : Appliquer une formule
✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

Une solution d’acide sulfurique de concentration $8,0\times 10^{-2}$ mol·L^-1 en acide apporté doit être diluée 5 fois afin d’effectuer une expérience. Il est nécessaire de préparer $200,0$ mL d’acide dilué. L’acide sulfurique réagit totalement avec l’eau selon l’équation :
1. Déterminer le $\text{pH}$ de la solution mère.


2. Indiquer la verrerie nécessaire à la dilution.


3. Déterminer la concentration en ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$ de la solution diluée.


4. En déduire le $\text{pH}$ de la solution diluée.

21

Préparation d’acide nitrique

✔ REA : Appliquer une formule

L’acide nitrique ${\text{HNO}}_3\text{(l)}$ réagit totalement avec l’eau. On prépare $50,0$ mL d’une solution aqueuse d’un volume de solution mère contenant $1,0$ g d’acide nitrique.

1. Déterminer le $\text{pH}$ de la solution réalisée.


2. Prévoir la valeur du $\text{pH}$ si on doublait la quantité d’acide apporté.

Données

• Masses molaires atomiques : $M(\text{H})=1,0$ g·mol^-1, $M(\text{N})=14,0$ g·mol^-1 et $M(\text{O})=16,0$ g·mol^-1

22

Ion oxonium

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

1. Représenter le schéma de Lewis de l’ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ et de l’eau ${\text{H}}_2\text{O}$.


2. Justifier qu’ils forment un couple acide-base.


3. Préciser la particularité que possède le schéma de Lewis de l’ion oxonium.



► Modélisation du nuage électronique de l’ion oxonium

23

Acidité du lait

✔ REA : Appliquer une formule

1. Préciser quel est le groupe caractéristique de l’acide lactique.


2. Sachant qu’il possède un groupe hydroxyle ($-\text{OH}$) sur l’atome de carbone intermédiaire, représenter le schéma de Lewis de cet acide.


3. Le $\text{pH}$ du lait de vache est d’environ $6,5$. Déterminer la concentration en ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$.

4. La fermentation du lait diminue la valeur du $\text{pH}$ de la solution. Préciser comment évolue la concentration en ion oxonium ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$.

5. L’acide réagit avec l’eau et forme l’ion lactate. Représenter le schéma de Lewis de cet ion.


6. Écrire l’équation de la réaction entre cet acide et l’eau.


■ Acide lactique

24

Molécule putride

✔ REA : Utiliser un modèle

La putrescine, de formule ${\text{NH}}_2({\text{CH}}_2{)}_4{\text{NH}}_2$, est produite lors de la décomposition des corps mais contribue aussi à la mauvaise haleine.

1. Repérer le groupe caractéristique de la putrescine.


2. Justifier son (ou ses) caractère(s) acide-base.


3. Écrire la réaction de la putrescine avec l’eau. On considérera la réaction avec une seule molécule d’eau.

25

Réaction limitée ou totale ? (1)◉◉◉

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

Le $\text{pH}$ d’une solution de $100$ mL d’acide éthanoïque ${\text{C}}_2{\text{H}}_4{\text{O}}_2\text{(aq)}$, de concentration en soluté apporté $c_{\text{A}}=1,0\times 10^{-2}$ mol·L^-1, est égal à $2,8$.

1. Écrire l’équation de la réaction entre l’acide et l’eau.


2. Établir le tableau d’avancement de cette réaction et déterminer la quantité de matière initiale d’acide.



3. En déduire la concentration maximale $[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{]}_{\text{max}}$ et calculer le $\text{pH}$ théorique.


4. Conclure quant au caractère total de la réaction.

Données

• Couples acide-base : $\text{HCl(aq)}/{\text{Cl}}^{-}\text{(aq)}$,${\text{C}}_2{\text{H}}_4{\text{O}}_2{\text{(aq)/C}}_2{\text{H}}_3{\text{O}}_2^{-}\text{(aq)}$, ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{\text{(aq)/H}}_2\text{O(l)}$ et ${\text{H}}_2{\text{O(l)/HO}}^{-}\text{(aq)}$
• Volume molaire à 20 °C : $V_{\text{m}}=24,0$ L·mol^-1
• Masses molaires atomiques : $M(\text{H})=1,0$ g·mol^-1, $M(\text{C})=12,0$ g·mol^-1 et $M(\text{O})=16,0$ g·mol^-1

26

Réaction limitée ou totale ? (2) ◉◉◉

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

On prépare $100,0$ mL de solution en dissolvant $2,2$ mL de $\text{HCl(g)}$ dans l’eau. Le gaz réagit avec l’eau et le $\text{pH}$ de la solution obtenue est de $3,0$.

1. Établir le tableau d’avancement de la réaction entre le gaz et l’eau.


2. En déduire la concentration maximale $[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{]}_{\text{max}}$.

3. Vérifier que la réaction est totale.

27

Réaction limitée ou totale ? (3) ◉◉◉

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

On prépare $250$ mL de solution aqueuse en dissolvant dans l’eau pure $500$ mg d’acide ascorbique (vitamine C) ${\text{C}}_6{\text{H}}_8{\text{O}}_6\text{(s)}$ en poudre. Le $\text{pH}$ de cette solution vaut $3,6$.

◆ En le justifiant, conclure quant au caractère total de la réaction entre l’acide ascorbique et l’eau.