Exercices de chimie en solution

Chimie en solution : Aide-mémoire

Notes de cours de l'Université de Lomé, ESTBA. Préparé pour une durée de 2h.

I. Acides et Bases de Brønsted

• Définitions :

  • Un acide est une espèce capable de céder un ou plusieurs protons ().

  • Une base est une espèce capable de capter un ou plusieurs protons ().

• Couple Acido-Basique : Acide / Base conjuguée.
  Exemple : (acide) / (base)

• Calcul du :

  • Plus le est grand, plus l'acide est fort (et plus le est petit).

• Espèces Amphotères (Ampholytes) :

  • Substances pouvant se comporter à la fois comme un acide et une base.

  • Exemple : (peut céder un pour donner ou capter un pour donner ) et (peut céder un pour donner ou capter un pour donner ).

II. Volumétrie et Dosages Acido-Basiques

• Normalité (N) : Nombre d'équivalents par litre.

  • Pour un monoacide/monobase, N = M (Molarité).

  • Pour un diacide/dibase, N = 2M.

• Molarité (M) : Nombre de moles par litre ().

• Titre Massique (T) : Masse de soluté par litre de solution ().

  • (où est la masse molaire).

• Point d'Équivalence :

  • Volume de réactif titrant où les quantités stoechiométriques des réactifs sont atteintes.

  • Indiqué par un changement de couleur d'un indicateur coloré (ex: bleu de bromothymol) ou par une variation brusque du pH lors d'un titrage pH-métrique.

  • À l'équivalence : (pour un acide fort/base forte 1:1).

• Dilution :

  • La quantité de matière de soluté reste constante : .

• Calcul de pH :

  • Acide fort : (si ).

  • Base forte : , puis .

  • Acide faible : (approximation si ).

  • Solution tampon : (Équation de Henderson-Hasselbalch).

• Diagramme de prédominance :

  • Si , la forme acide prédomine.

  • Si , la forme basique prédomine.

  • Si , les concentrations des formes acide et basique sont égales.

III. Oxydoréduction

• Définitions :

  • Oxydation : Perte d'électrons (augmentation du nombre d'oxydation).

  • Réduction : Gain d'électrons (diminution du nombre d'oxydation).

  • Oxydant : Espèce qui capte des électrons (se réduit).

  • Réducteur : Espèce qui cède des électrons (s'oxyde).

• Couples Rédox : Oxydant / Réducteur.
  Exemple : ; ;

• Équilibrage des réactions d'oxydoréduction :

  • Déterminer les demi-équations d'oxydation et de réduction.

  • Équilibrer les atomes :

    • Oxygène avec .

    • Hydrogène avec (milieu acide) ou et (milieu basique).

  • Équilibrer les charges avec les électrons ().

  • Multiplier les demi-équations pour égaliser le nombre d'électrons et additionner.

• Potentiel Standard () :

  • Mesure de la tendance d'un couple redox à être réduit.

  • Un potentiel plus élevé indique un oxydant plus fort.

IV. Équilibres de Précipitation et de Complexation

• Produit de Solubilité () :

  • Constante d'équilibre pour la dissolution d'un sel peu soluble.

  • Pour , .

  • Plus est petit, moins le composé est soluble.

  • Le .

• Solubilité () :

  • Concentration molaire du composé dissous à saturation.

  • La solubilité peut être affectée par :

    • L'effet d'ion commun (diminue la solubilité).

    • La formation de complexes (augmente la solubilité).

    • Le pH (pour les composés dont les ions sont acides/basiques).

• Précipitation : Se produit quand le produit ionique est supérieur au .

V. Exemples et Applications

• Vitamine C (Acide Ascorbique, ) : Diacide.

  • (pour ).

  • (pour ).

  • Calcul des concentrations des espèces en fonction du pH et du .

• Acide Benzoïque () : Acide faible avec .

  • Si , l'acide benzoïque prédomine sur l'ion benzoate.

  • Identification acide faible/fort par comparaison du pH de la solution avec celui d'un acide fort de même concentration (un acide faible aura un pH plus élevé).

• Bromate de Potassium () : Oxydant en milieu acide.

  • La réaction de dosage avec permet de déterminer la concentration du fer ferreux.

• Permanganate de Potassium () : Oxydant puissant, fortement coloré.

  • Utilisé en titrage redox, l'équivalence est indiquée par la persistance de la couleur violette du .