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Chimie · Prépa 1re année · 4 leçons

Fiche de révision : Transformations chimiques en solution aqueuse

L’essentiel de chaque leçon du chapitre, tel qu’il est écrit dans le cours : à relire, à imprimer, puis à vérifier par l’entraînement.

Les notions de cette fiche

  • Diagrammes de prédominance et solutions tampons — Constante d'acidité et pKa ; diagramme de prédominance d'un couple et d'un polyacide ; recherche de la réaction prépondérante ; calcul du pH d'une solution d'acide faible, de base faible et d'ampholyte, avec vérification des approximations faites ; relation d'Henderson-Hasselbalch et solution tampon (préparation, pouvoir tampon, effet d'une dilution) ; exploitation d'un titrage suivi par pH-métrie (équivalence, demi-équivalence, choix d'un indicateur coloré).
  • Complexes en solution : constantes de formation et prédominance — Complexe, ion central et ligands, indice de coordination ; constantes de formation et de dissociation successives, constantes globales et leurs logarithmes ; diagramme de prédominance d'un couple donneur-accepteur de ligand, tracé en fonction du logarithme de la concentration en ligand libre ; recherche de la réaction prépondérante et calcul de la composition d'une solution contenant un complexe ; compétition entre complexation, précipitation et acido-basicité, et dissolution d'un précipité par ajout d'un ligand ; applications au dosage complexométrique et au masquage d'un ion gênant.
  • Produit de solubilité et condition de précipitation — Équilibre de dissolution d'un solide ionique peu soluble, produit de solubilité et pKs ; solubilité en eau pure pour une stœchiométrie quelconque, et pourquoi deux sels de stœchiométries différentes ne se comparent pas par leurs seuls produits de solubilité ; effet d'ion commun ; condition d'apparition d'un précipité par comparaison du quotient de réaction au produit de solubilité, et concentration seuil de précipitation ; domaine d'existence du solide et lecture d'une courbe de solubilité ; influence du pH et d'une complexation sur la solubilité d'un hydroxyde ou d'un sel d'acide faible ; précipitations sélectives et dosages par précipitation.
  • Potentiel d'électrode et relation de Nernst — Couple oxydant/réducteur et potentiel standard rapporté à l'électrode standard à hydrogène ; relation de Nernst pour un couple en solution ; prévision du sens d'évolution d'une réaction d'oxydoréduction et calcul de sa constante d'équilibre à partir des potentiels standard ; force électromotrice d'une pile et lien avec l'enthalpie libre de réaction ; influence du pH et d'une précipitation sur un potentiel ; lecture d'un diagramme potentiel-pH (domaines de prédominance et d'existence, frontières).

À maîtriser avant de commencer

Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.

  • Couples acide-base de Brønsted — Acide = donneur de proton, base = accepteur, couple acide/base, demi-équations protoniques, réaction acide-base, couples de l'eau, ion oxonium H₃O⁺.
  • pH, acides forts et faibles, constante d'acidité — pH = −log[H₃O⁺], produit ionique de l'eau, acide fort / faible, K_A et pK_A, diagramme de prédominance, solutions tampons.
  • Titrage — Réaction support totale et rapide, équivalence, relation à l'équivalence, repérage colorimétrique ou pH-métrique (méthode des tangentes, dérivée).
  • État d'équilibre et constante d'équilibre — Transformation non totale, équilibre dynamique, quotient de réaction Q_r, constante K, taux d'avancement final, sens d'évolution spontané.
  • Fonction logarithme népérien — Réciproque de l'exponentielle, ln(ab) = ln a + ln b, ln(a^n) = n ln a, variations, dérivée 1/x, résolution d'équations e^x = k.
  • Ions — Cation et anion par perte ou gain d'électrons, ions monoatomiques et polyatomiques usuels (Na⁺, Cl⁻, SO₄²⁻…), solutions ioniques, tests d'identification.
  • Dissolution et solubilité — Soluté, solvant, solution ; solution saturée ; solubilité et influence de la température ; conservation de la masse à la dissolution.
  • Dissolution d'un solide ionique — Équation de dissolution, concentration effective des ions, électroneutralité, solvatation des ions par l'eau polaire.
  • Concentration en quantité de matière et dilution — C = n / V (mol/L), lien C_m = C × M, dilution : C₀ V₀ = C V, facteur de dilution, préparation par dilution (fiole jaugée, pipette).
  • Oxydants, réducteurs et réactions d'oxydoréduction — Couple Ox/Red, demi-équation électronique, transfert d'électrons, équation d'oxydoréduction en milieu acide, nombre d'oxydation (introduction).
  • Pile électrochimique — Constitution d'une pile (deux demi-piles, pont salin), anode/cathode, polarité, sens du courant et des électrons, capacité électrique Q = n(e⁻) F, usure.
  • Acides, bases et pH — Échelle de pH (0-14), solutions acides, basiques, neutres, ions H⁺ et HO⁻, effet de la dilution, sécurité.

Le début de la fiche

Extrait de la leçon « Acides faibles, prédominance et solutions tampons », tel qu’il figure sur la fiche.

Retenir : quantité, équilibre et précision

  • pH≈pKa+log⁡[A−]eˊq[AH]eˊqpH\approx pK_a+\log\frac{[\mathrm{A^-}]_{\text{éq}}}{[\mathrm{AH}]_{\text{éq}}}
  • pHacide faible≈12(pKa−log⁡c),pHbase faible≈12(pKe+pKa+log⁡c)pH_{\text{acide faible}}\approx\tfrac12(pK_a-\log c),\qquad pH_{\text{base faible}}\approx\tfrac12(pK_e+pK_a+\log c)
  • VE=CaVaCbsi stœchiomeˊtrie 1:1V_E=\frac{C_aV_a}{C_b}\quad\text{si stœchiométrie }1:1
Tableau : Situation, Première étape, Contrôle
SituationPremière étapeContrôle
Ajout à un tamponbilan de neutralisation en molesdeux formes restantes, réaction avancée, rééquilibrages faibles
Dilutionpréciser volume total ou aliquoterapport et quantités ne répondent pas à la même question
Acide/base faible seuléquilibre et bilansdissociation/protonation, eau et activité
Ampholytedomaine de prédominancetermes et rapports justifiant la moyenne des pKa
Demi-équivalenceégalité stœchiométrique des quantitésrapport d'équilibre approché et pH≈pKa
Équivalencedilution dans le volume totalhydrolyse de l'espèce conjuguée et autres équilibres
Indicateurreporter sa zone sur la courbeerreur de volume au point de virage acceptable

Les pKa, pKe, pH et logarithmes utilisent des nombres sans dimension. c est la concentration normalisée par 1 mol/L. Les approximations ont un domaine et une précision, même quand la formule est familière.

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