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NOM et Prénom de l’élève :

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COURS DE SCIENCES PHYSIQUES

Classe de BAC PRO

① CONDUCTIVITÉ DES SOLUTIONS

② PRODUIT IONIQUE DE L’EAU

③ ACIDE – BASE – NOTION DE pH

OBJECTIFS DES ACTIVITÉS

→ Savoir calculer la conductance et la conductivité d’une solution et expliquer pourquoi cette solution

conduit le courant.

→ Comprendre la dissociation de l’eau pure et utiliser l’expression du produit ionique de l’eau dans un

calcul.

→ Connaitre la relation pour calculer le pH d’une solution à partir de la concentration

en ions hydronium ou hydroxyde . Et la relation réciproque

.

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Activité

①

1- Définition

La conductivité ( ) représente l’aptitude

d’une solution à conduire le courant

électrique. Cette grandeur ayant pour unité

le Siemens par mètre (S/m).

Autre multiple utilisé : le milliSiemens par

centimètre (mS/cm)

L’appareil de mesure se nomme un conductimètre.

Pour mesurer la conductivité d’une solution, il suffit de tremper l’électrode dans la solution

et de lire directement le résultat.

① Quelle est la valeur mesurée ?

② Quelles sont les espèces chimiques responsable de cette conductibilité ?

2-Conductance et conductivité

La conductivité ( ) représente l’aptitude d’une solution à conduire

le courant électrique.

Pour déterminer expérimentalement une valeur de conductivité à

partir de la conductance, il est nécessaire de connaître la valeur de la

surface immergée des électrodes et la distance qui les sépare.

Par définition la conductance (G) d’une portion de solution ionique

est égale à l’inverse de la résistance R de cette même portion de

solution.

Grandeurs et unités :

Conductance : en Siemens (S) ; Résistance (R) : en Ohm ()

Electrode de mesure

Conductimètre

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La conductance d’une portion de solution électrolytique

est proportionnelle au quotient :

.

(s représente la surface et L la distance entre les deux

électrodes).

La cellule de conductivité est constituée de deux

plaques de cuivre (surface carré) mesurant 1 cm de côté

soit une surface de s = 1 cm² et séparé l’une de l’autre

de L = 1 cm.

On définit la relation suivante :

G s L

Grandeurs Conductance La conductivité La surface de

l’électrode Distance entre les 2 électrodes

Unités Siemens

(S) Siemens par mètre

(S/m ou S.m-1) Mètre-carré

(m²) Mètre

(m)

3- Application

On réalise l’expérience suivante :

Les mesures ont donné les résultats suivants :

et

① Calculer la conductance (G).

② Calculer la conductivité () de la solution.

L

s

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Activité

②

1- Expérience : Mesure de la conductivité de l’eau pure

L’eau pure est un liquide incolore qui ne renferme que

des molécules d’eau (H2O). On a vu qu’une solution est

conductrice du courant si elle renferme des ions.

→ Que constate t-on ?

→ Quelle interprétation pouvez-vous faire ?

2- Conclusion

Comme la conductivité est faible mais non nulle, alors l’eau pure renferme des ions en très

faible quantité.

Ces ions ne peuvent être constitué que de l’élément hydrogène (H) et oxygène (O).

C’est ions sont :

- L’ion hydronium ou oxonium (H3O+).

- L’ion hydroxyde (OH- ou HO-).

Pour obtenir la synthèse de ses ions à partir des molécules d’eau, il faut écrire l’équation

bilan :

H2O + H2O H3O+ + HO-

C’est l’autoprotolyse de la molécule d’eau.

Le symbole () dans l’équation permet d’indiquer que simultanément coexiste les espèces

chimiques suivantes : H2O, H3O+ et HO-.

Toutes solutions aqueuses (dont le solvant est de l’eau) renferment au moins les espèces

chimiques suivantes :

- Des molécules d’eau H2O en très très grande quantité.

- Des ions hydronium H3O+ en très faible quantité.

- Des ions hydroxydes HO- en très faible quantité.

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3- Le produit ionique de l’eau

Le produit de la concentration molaire en ions hydronium H3O+ par la concentration

molaire en ions hydroxyde HO- est toujours constant et est égale à Ke.

avec

[H3O+] et [HO-] sont des concentrations molaires exprimées en mol/L

Exprimer alors [H3O+] en fonction de [HO-] et Ke ;

Puis [HO-] en fonction de [H3O+] et Ke.

4- Application

4-1 La concentration dans une solution aqueuse en ions ;

Calculer la concentration en ions hydroxyde [HO-].

4-2 La concentration dans une solution aqueuse en ions ;

Calculer la concentration en ions hydronium [H3O+].

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Activité

③

1- Notion de pH

Le pH est une valeur comprise entre 0 et 14.

Si le pH < 7, la solution est acide.

Si le pH > 7, la solution est basique.

Et un pH 7, la solution est neutre.

Le pH est une échelle logarithmique (Multiplier par 10 le degré d’acidité ou d’alcalinité).

Exemple : Solution de pH 5 = 10 plus acide qu’une solution de pH 6.

Solution de pH 4 = 100 plus acide qu’une solution de pH 6

2- Comment mesure t-on le pH ?

3-1 Le papier pH

C’est un papier qui prend une couleur donnée en fonction du pH de la solution. Par

comparaison sur des étalons de couleurs, on détermine le pH d’une solution.

(Précision : l’unité pH).

3-2 Le pH-mètre

Appareil de mesure qui vous renseigne sur la valeur du pH d’une

solution. (Précision : au 10ème unité pH)

3-3 L’indicateur coloré

Prend une couleur en fonction du pH de la solution (Précision : indique si la solution est

acide, basique ou neutre)

Le Bleu de Bromothymol : Pour un pH < 6 (Acide) : couleur jaune ; Un pH > 7,6 (Basique) :

couleur bleue ; Couleur vert pour un pH compris entre 6 et 7,6 (Neutre).

3- Comment calculer le pH d’une solution

Le pH est lié à la concentration en ion hydronium (H3O+) d’une solution.

Par exemple :

Une solution de concentration en ions hydronium [H3O+] = 10-1 mol/L présente un pH = 1.

Si la concentration est [H3O+] = 10-2 mol/L le pH est de 2 etc… Inversement, si le pH = 9, cela

signifie que dans cette solution [H3O+] = 10-9 mol/L. On obtient l’échelle suivante :

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

[H3O+]

mol/L

pH

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La notion de pH a été introduite en 1909 par le chimiste danois Soërensen. Il

est plus simple d’exprimer l’acidité d’une solution par son pH que par sa

concentration en ions hydronium (H3O+).

On en déduit que :

et

EX n°1 : La concentration en ions hydronium d’un jus de citron exprimée en

mol/L vaut : . Calculer son pH.

EX n°2 : L’eau de Javel diluée peut-être utilisée comme désinfectant.

Le pH de telle solution est égal à : . Calculer la

concentration en ions hydronium [H3O+] et hydroxyde [HO-].

4- Conclusion

Si le pH < 7 alors la solution est acide et la concentration en ions [H3O+] > [HO-]

Si le pH = 7 alors la solution est neutre et la concentration en ions [H3O+] = [HO-]

Si le pH > 7 alors la solution est basique et la concentration en ions [H3O+] < [HO-]