Chapitre 7 Acides, Bases Et Sels

Chapitre 7 : Acides, bases et sels

Objectifs

L’élève doit être capable

! d’énoncer les formules de quelques acides minéraux traités dans le cours,

! d’énoncer certains usages de ces acides, ! d’établir les équations des réactions de dissociation des acides dans

l’eau, ! d’établir les équations des réactions de dissociation des bases dans

l’eau, ! d’établir les équations des réactions entre un métal et un acide, ! de faire la distinction entre métal noble et métal non-noble, ! de citer les métaux nobles, ! d’établir l’équation de la réaction entre le carbonate de calcium et

l’acide chlorhydrique, ! d’établir les équations des réactions de neutralisation, ! de reconnaître un acide ou une base à l’aide de sa formule, ! d’identifier le caractère acide, basique ou neutre d’une solution à

l’aide de l’indicateur coloré bromothymol.

Mots clés

! acide ! métal noble ! base ! bromothymol ! proton ! indicateur coloré ! hydroxyde ! réaction de neutralisation ! métal non noble

128

Acides, baseset sels

7.1. Caractéristiques des acides

Les acides sont présents dans un grand nombre de fruits et de boissons qu’on consomme quotidiennement. Ils sont responsables du goût acide de ces aliments. Les acides constituent une classe de composés chimiques très importants.

Dans le présent chapitre, nous allons analyser les caractéristiques et les propriétés des acides minéraux.

Exemples d’acides

Nom Formule Etat naturel et usage acide chlorhydrique HCl contenu dans le suc gastrique,

décapage de dépôts calcaires, préparation des chlorures métalli-ques et du PVC.

acide sulfurique H2SO4 électrolyte dans les accumulateurs des voitures.

acide nitrique HNO3 fabrication d’engrais et d’explosifs. acide carbonique (all. : Kohlensäure)

H2CO3 contenu dans les boissons pétillantes.

Les molécules des acides contiennent un ou plusieurs atomes d’hydrogène.

produit détartrant

contenant de l’acide chlorhydrique

accumulateur contenant de

l’acide sulfurique

engrais fabriqué à l’aide d’acide

nitrique

eau minérale contenant de

l’acide carbonique

129


# voir Infos 7.1 page 141 : Préparation de l’acide chlorhydrique 2.6 page 61 : Le chlorure d’hydrogène

7.1.1. Dissociation des acides en solution aqueuse

En solution aqueuse, les molécules acides se dissocient en un ion H+ (proton) et un reste-acide.

Exemples

Réaction de dissociation de l’acide chlorhydrique dans l’eau : *

2H O

acide ion protonchlorhydrique chlorure

*l→

+ -H HCl + C

+2SO 2HH

Réaction de dissociation de l’acide sulfurique dans l’eau :

→2H O 2-44

acide ion protonsulfurique sulfate

+ SO

Les solutions acides contiennent des cations H+(protons).

7.2. Réactions entre l’acide chlorhydrique et les métaux

Analysons les réactions entre l’acide chlorhydrique et un ruban de magnésium, des copeaux de zinc et des clous de fer.

Lors de la réaction de cesmétaux avec l’acide chlorhy-drique, il y a dégagementd’un gaz. Ce gaz est recueillidans un deuxième tube àessais.

réaction entre HCl et Mg HCl et Zn HCl et Fe

Le gaz recueilli brûle avec un bruit sif-flant au contact de la flamme du brûleur Bunsen: c’est le dihydrogène (H2).

130

* H2O au-dessus de la flèche signifie que la réaction se déroule dans l’eau.


Après la réaction, l’eau de la solution

Étab chlor

Mg

2 Étab

magn

M

zinc

Zn

fer

Fe

En gé

Exce

Plaçocuivrde l’a Aucuentrel’acid

MgCl2
est évaporée. On obtient les sels suivants : chlorure de magnésium, chlorure de zinc(II) et chlorure de
lissons

ure de

Cl

1

lissons

ésium

g

chl

+

chlo

+

néral

mé

ptionns de, argecide c

ne réa cese chlo

ZnCl2

les fo

magnés

MgC

les é

ch

+

2acide

orhydr

HC

2acide rhydriq

HCl

tal + a

s es pint et

hlorhy

ction métrhydr

FeCl2

fer(II).

rmules chimiques des chlorures obtenus :

ium chlorure de zinc(II) chlorure de fer(II)

l2 Zn

2

Cl

1 ZnCl2

Fe

2

Cl

1 FeCl2

quations correspondant aux réactions :

2 → 2 2

acide chlorure dihydrogènelorhydrique de magnésium

HCl MgCl + H

→ 2 2

chlorure dihydrogèneique de zinc(II)

l ZnCl + H

→ 2 2

chlorure dihydrogèneue de fer(II)

FeCl + H

cide chlorhydrique → sel + dihydrogène

èces en or dans drique.

n’a lieu aux et ique.

u
Cu Ag A
131


En général

Les métaux qui ne réagissent pas avec l’acide chlorhydrique sont appelés métaux nobles. Les métaux nobles sont : le cuivre (Cu),

l’argent (Ag), l’or (Au) et le platine (Pt).

métal noble + acide chlorhydrique → pas de réaction

Remarque

Des réactions similaires aux réactions entre les métaux et l’acide chlorhydrique se déroulent entre les métaux non nobles et certains autres acides1.

Exemple

Lors de la réaction entre l’acide sulfurique et l’aluminium, il y a formation de sulfate d’aluminium et de dihydrogène.

sulfate d’aluminium 2 2 4 2 4 3 2

alumi - acide sulfate dihydro -nium sulfurique d'aluminium gène

Al + H SO Al (SO ) + 3 H3 → Al

3

SO4

2 Al2(SO4)3

# voir exercice 7.2 page 140

132

1 Quelques acides réagissent de façon différente avec des métaux donnés. Ce cas ne sera pas traité dans ces documents.


7.3. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium

Le marbre est essentiellement constitué de carbonate de calcium. Lors de la réaction entre l’acide chlorhydrique et le marbre, il y a dégagement d’un gaz. Recueillons ce gaz dans un cylindre et plongeons-y une bougie allumée : la bougie s’éteint. Le gaz produit lors de la réaction n’entretient donc pas la combustion : c’est du dioxyde de carbone. En outre, il se forme de l’eau et du chlorure de calcium.

La bougie s’éteint

Équation de la réaction

3 2

carbonate de acide chlorure dioxyde de eaucalcium chlorhydrique de calcium carbone

CaCO + HCl CaCl + CO + H O2 → 2 2

carbonate de calcium chlorure de calcium

Ca

2

CO3

2 CaCO3

Ca

2

Cl

1 CaCl2

La même réaction se déroule lorsque l’acide chlorhydrique entre en contact avec une coquille d’œuf, la coquille d’un escargot ou la carapace d’un homard, qui contiennent toutes du carbonate de calcium.

action de HCl sur une

coquille d’œuf action de HCl sur une

coquille d’escargot action de HCl sur une carapace de homard

133


Cette réaction est aussi à base des propriétés détartrantes des acides : l’acide chlorhydrique est utilisé dans les produits anticalcaires (p.ex. celui de la photo à gauche)

Comme il serait dangereux d’utiliser de l’acide chlorhydrique pour détartrer une machine à café, on préfère prendre du vinaigre contenant de l’acide acétique ou un produit spécial disponible dans le commerce (p.ex. ceux de la photo à droite).

7.4. Réaction entre l’acide chlorhydrique et l’hydroxyde de sodium

7.4.1. Dissociation des réactifs en solution aqueuse

a) Dissociation de l’acide chlorhydrique (HCl) dans l’eau La dissociation de l’acide chlorhydrique a été étudiée au para-graphe 7.1.1. page 130.

b) Dissociation de l’hydroxyde de sodium (NaOH) dans l’eau L’hydroxyde de sodium (soude causti-que) est un composé chimique contenu dans la plupart des déboucheurs d’éviers. Il a la propriété de dissoudre des engorgements constitués de matière organique.

photo 1

photo 2

NaOH se présente sous forme de pastilles très hygroscopiques. Les pastilles de NaOH attirent avidement l’eau de l’air (photo 1), puis se dissolvent dans cette eau (photo 2).

Pour préparer une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium, on introduit les pastilles de NaOH dans l’eau. La dissolution des pastilles de NaOH dans l’eau est une réaction exothermique. Équation de la dissociation

+ −→ +2H O

hydroxyde cation anionde sodium sodium hydroxyde

Na NaOH OH

Na

1

OH

1 NaOH

134


On dit que les solutions contenant des ions OH- sont basiques. Les autres hydroxydes solubles dans l’eau se dissocient de façon analogue : Équation de la dissociation de l’hydroxyde de calcium

( ) −+→ +2O2

H 2

hydroxyde cation anionde calcium calcium hydroxyde

Ca 2OH Ca OH

Ca

1

OH

2 Ca(OH)2

Les solutions basiques contiennent des anions OH- (ion hydroxyde). # voir exercice 7.1 page 140

7.4.2. Indicateur coloré : le bromothymol

Ajoutons quelques gouttes de bromothy-mol à une solution d’acide chlorhydri-que : le bromothymol prend la couleur jaune.

Ajoutons quelques gouttes de bromothy-

mol à une solution d’hydroxyde de so-

dium : le bromothy-mol prend la couleur

bleue.

En milieu acide, le bromothymol se colore en jaune.

En milieu basique, le bromothymol se colore en bleu.

Par leur couleur, les indicateurs colorés indiquent la présence d’un acide ou d’une base. Remarque

En milieu neutre2. le bromothymol présente une couleur verte (intermédiaire entre le jaune et le bleu).

# voir aussi Info 7.2 page 142 : Indicateurs colorés naturels

135

2 un milieu neutre n’est ni acide ni basique.


7.4.3. Réaction entre HCl et NaOH Dans une solution d’acide chlorhydrique, colorée en jaune par le bromothymol, introduisons une solution d’hydroxyde de sodium, colorée en bleu par le bromothymol. Après avoir versé un volume identique3 à celui de la solution de HCl, la solution résultante prend une couleur verte : la nouvelle solution est neutre.

→

→

Une réaction entre un acide et une base est appelée réaction de neutralisation. En évaporant l’eau de la solution, on obtient un sel blanc : c’est le chlorure de sodium.

Équation

+ → + 2

hydroxyde chlorure eauchlorhydrique de sodium de sodium

Na NaClOH H O ac eid

ClH

Autre exemple

Réaction de neutralisation entre ! l’acide sulfurique (H2SO4) et ! l’hydroxyde de potassium

hydroxyde de potassium

KOH

K

1

OH

1 3 Les deux solutions ont la même concentration.

136


Lors de la réaction, il y a formation ! de sulfate de potassium ! d’eau

sulfate de potassium

K2SO4

K

1

SO4

2

+ → +4 2 4 2

hydr sulfate eausulfurique de potassium de potassixyde

umo

2 K K O2O HH SO

2

acide

SOH

En général

acide + base → sel + eau

# voir exercice 7.3 page 140 Pour en savoir plus :

# voir Info 7.3 page 144 : L’échelle pH

137

? Questions de cours

1. Écrire les formules des acides suivants : ! acide chlorhydrique ! acide nitrique ! acide sulfurique ! acide carbonique

2. Établir les équations des réactions de dissociation des acides et bases suivants dans l’eau. Nommer les ions obtenus : ! acide chlorhydrique ! hydroxyde de sodium ! acide sulfurique ! hydroxyde de calcium

3. Établir les équations des réactions qui se déroulent entre l’acide chlorhydrique et les métaux suivants. Nommer les produits de la réaction. ! magnésium ! zinc ! fer

4. Établir l’équation de la réaction qui se déroule entre l’acide

sulfurique et l’aluminium. Nommer les produits de la réaction.

5. Décrire les méthodes de mise en évidence des gaz suivants : ! dihydrogène ! dioxyde de carbone (2 méthodes)

6. Énoncer une raison pour laquelle la soude caustique fait partie des déboucheurs d’évier.

7. Indiquer la couleur du bromothymol ! en milieu acide. ! en milieu basique.

Questions de compréhension

8. Cocher les métaux qui réagissent avec l’acide chlorhydrique :

aluminium calcium magnésium or cuivre fer

9. Indiquer la couleur du bromothymol en présence ! d’hydroxyde de calcium, ! d’acide sulfurique, ! de H2SO3, ! de NH4OH. Justifier la réponse.

10. Indiquer les noms généraux des réactifs d’une réaction de neutralisation.

11. Indiquer les noms généraux des produits d’une réaction de neutralisation.

138

?

139

12. Cocher les équations correspondant à des réactions de neutralisation. Équilibrer toutes les équations. Nommer les composés intervenant dans les équations.

( )2 4 4 22H SO Ca OH CaSO H+ → + O

2 3 2H CO H O CO→ + 2

( ) 2 22HCl Mg OH MgCl H O+ → +

( ) 3 23Al OH HCl AlCl H O+ → +

Questions à choix multiple (QCM) - Une seule réponse est correcte.

13. Les molécules acides

contiennent l’élément hydrogène. contiennent le groupement hydroxyde. ne contiennent ni l’élément hydrogène, ni le groupement hydroxyde.

14. Un acide introduit dans l’eau libère

des protons. des anions hydroxyde. ni des protons, ni des anions hydroxyde.

15. Une base introduite dans l’eau libère

des protons. des anions hydroxyde. ni des protons, ni des anions hydroxyde.

16. On peut mettre le dihydrogène en évidence par le test

suivant : il trouble l’eau de chaux. il brûle avec un bruit sifflant au contact d’une flamme. il éteint la flamme d’une bougie.

17. Lors des réactions entre un métal non noble et l’acide

chlorhydrique, il y a formation du gaz dioxygène. dihydrogène. dioxyde de carbone.

18. L’argent ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique, l’argent

appartient à la classe des métaux inertes. métaux nobles. métaux non nobles.

?

Exercice 7.1

Établir les équations des réactions de dissociation des acides et bases suivants dans l’eau. a) acide nitrique b) acide carbonique c) hydroxyde de potassium d) hydroxyde de baryum

Exercice 7.2

a) Établir les équations des réactions qui ont lieu entre les métaux suivants et l’acide chlorhydrique. Nommer les produits de la réaction. ! potassium ! calcium ! étain (un produit résultant de la réaction est un sel d’étain(II))

b) Établir les équations des réactions qui ont lieu entre les métaux

suivants et l’acide sulfurique. Nommer les produits de la réaction. ! magnésium ! lithium ! fer (un produit résultant de la réaction est un sel de fer(III))

c) Dresser les formules des sels et indiquer les noms des sels formés

par l’action de l’acide nitrique sur les métaux ! magnésium ! aluminium ! zinc ( intervient avec la valence II)

Exercice 7.3

Établir les équations des réactions de neutralisation entre les acides et les bases suivants. Nommer les produits de la réaction. ! hydroxyde de magnésium et acide sulfurique ! hydroxyde de calcium et acide sulfurique ! hydroxyde de potassium et acide carbonique

140

iInfo 7.1

Synthèse de l’acide chlorhydrique On verse goutte à goutte de l’acide sulfurique (H2SO4) sur du chlorure de sodium (NaCl) contenu dans un ballon. On observe une effervescence, ce qui indique la production d’un gaz. Le gaz formé est recueilli dans un deuxième ballon : c’est du chlorure d’hydrogène. Équation de la réaction

2 4 2 4

acide chlorure chlorure sulfate sulfurique de sodium d'hydrogène de sodium

2 2H SO NaCl HCl Na SO+ → +

On ferme le ballon contenant le chlorure d’hydrogène à l’aide d’un bouchon percé d’un tube en verre. À travers le tube, on introduit quelques gouttes d’eau dans le ballon. Par la suite, on retourne le ballon sur une cuve remplie d’eau. L’eau gicle avec force dans le ballon. Si l’on ajoute quelques gouttes de l’indicateur bromothymol à la solution aqueuse dans le ballon, celle-ci se colore en jaune. La solution dans le ballon est acide.

Explication

Comme le chlorure d’hydrogène est un gaz très soluble dans l’eau (environ 500 L de chlorure d’hydrogène se dissolvent dans 1 L d’eau), tout le chlorure d’hydrogène contenu dans le ballon s’est dissous dans le peu d’eau initialement introduite. Par conséquent, il s’est créé un vide dans le ballon. La pression atmosphérique extérieure pousse l’eau dans le ballon à travers le tube en verre. La solution résultant de la dissolution du chlorure d’hydrogène gazeux dans l’eau est appelée acide chlorhydrique.

141

iInfo 7.2

Indicateurs colorés naturels Dans un laboratoire de chimie, on trouve normalement plusieurs indicateurs colorés permettant de déterminer le caractère acide ou basique d’une solution aqueuse. Le bromothymol, présenté dans ce chapitre, est un exemple d’un tel indicateur. Ces indicateurs sont synthétisés dans les laboratoires à partir de composés provenant de l’industrie chimique. Toutefois, il existe des indicateurs colorés naturels faciles à extraire à partir de certains végétaux.

a) Jus de chou rouge – Expérience à réaliser à la maison ! ! Chauffe quelques feuilles de chou rouge dans un peu d’eau. ! Après quelques minutes, l’eau devient violette. ! Répartis l’eau colorée ainsi obtenue dans deux verres. ! Ajoute quelques gouttes de jus de citron ou de vinaigre (tous les

deux à caractère acide) dans le premier verre et remue. ! Compare la couleur de la solution ainsi obtenue à la couleur de la

deuxième solution, gardée comme solution de référence (à caractère neutre).

jus de chou rouge en solution

acide – neutre

Remarque :

On peut aussi ajouter une solution basique (p.ex. une solution d’eau savonneuse) dans un troisième verre de jus de chou rouge. La couleur du jus vire alors au vert. Toutefois, on n’ajoute jamais des produits basiques au chou rouge en faisant la cuisine ; pour cette raison, la couleur verte du jus de chou rouge est beaucoup moins connue.

142

iInfo 7.2 (suite)

b) Thé noir – Expérience à réaliser à la maison ! ! Prépare du thé noir selon les instructions sur le sachet et

répartis-le dans deux verres. ! Dans l’un des verres, ajoute quelques gouttes de jus de citron. ! Compare la teinte des deux solutions obtenues.

Thé noir en solution

acide (à gauche) – neutre (à droite) Le jus de chou rouge et le thé noir peuvent donc servir à mettre en

évidence le caractère acide d’une solution aqueuse.

143

iInfo 7.3

L’échelle pH

Sur les étiquettes de beaucoup de boissons et de nombreux produits de nettoyage, on trouve une indication sur la valeur du pH (lat. : potentia Hydrogenii) du liquide. Le pH est une notion qui intervient dans notre vie quotidienne.

Indication du pH sur une bouteille d’eau minérale

Indication du pH sur un gel de douche

Le pH permet de caractériser l’acidité ou la basicité d’une solution aqueuse.

Le pH dépend de deux facteurs : ! la concentration4 de l’acide ou de la base, ! la force de l’acide ou de la base concerné.

Pour les solutions aqueuses, le pH varie entre 0 et 14.

0 7 14

On distingue trois domaines : 0 ≤ pH < 7 la solution est acide,

plus le pH est faible, plus la solution contient d’ions H+, donc plus elle est acide, une diminution du pH d’une unité correspond à une multiplication par 10 du nombre d’ions H+.

pH = 7 la solution est neutre

7 < pH ≤ 14 la solution est basique, plus le pH est élevé, plus la solution contient d’ions OH-, donc plus elle est basique, une augmentation du pH d’une unité correspond à une multiplication par 10 du nombre d’ions OH-.

4 la concentration indique la quantité d’acide ou de base par unité de volume.

144

i Info 7.3 (suite)

Le pH peut être évalué à l’aide d’un mélange d’indicateurs colorés connu sous le nom d’indicateur universel. La teinte de cet indicateur universel dépend du pH de la solution ; elle peut être comparée à une échelle colorée fournie avec l’indicateur pour évaluer le pH.

La détermination du pH peut aussi se faire à l’aide de papier indicateur imbibé d’indicateur universel. Le principe de mesure est le même que pour l’indicateur universel liquide, mais permet de déterminer le pH sans colorer la solution. Les liquides biologiques ont des valeurs de pH caractéristiques dont dépend souvent l’état de santé ou la survie des organismes. Ainsi le pH du sang de l’homme doit être compris entre 7,3 et 7,5. Le suc gastrique sécrété par l’estomac a un pH très faible compris entre 1 et 3. L’acide chlorhydrique y présent tue les bactéries ingérées avec les aliments. Les sécrétions qui humidifient la peau ont un pH variant entre 5 et 6. Ce caractère acide de la peau protège le corps contre la pénétration de microorganismes. Il est donc à déconseiller de se laver trop souvent avec des savons (basiques), car le savon neutralise la couche protectrice acide de la peau. Pour cette raison, il existe des produits pour se laver dont le pH est à peu près égal à celui de la peau. Les poissons ont besoin d’une eau à pH déterminé. Ainsi les poissons d’eau douce ne peuvent survivre que si le pH est compris entre 6,5 et 7,5 tandis que les poissons vivant dans la mer sont adaptés à un pH compris entre 8 et 9.

145

iInfo 7.3 (suite)

L’échelle pH

01

23

45

67

89

1011

1213

14

vin

aigr

ela

it

coca

jus

de c

itro

n

jus

d'or

ange

vin

den

tifr

ice

bièr

e

savo

nen

sol

utio

n

solu

tion

de le

ssiv

edé

bou

cheu

rd'

évie

rdé

tart

ran

t

146

Documents

Chapitre 7 Acides, Bases Et Sels