Etude de Chimie

Calcul du pH d’une Solution d’Acide Chlorhydrique

Calcul du pH d’une Solution d’Acide Chlorhydrique

Calcul du pH d’une Solution d’Acide Chlorhydrique

Comprendre le pH et les Acides Forts

Le pH (potentiel Hydrogène) est une mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution aqueuse. Il est défini comme le cologarithme décimal de l'activité des ions hydronium (\(\text{H}_3\text{O}^+\)). Pour des solutions diluées, l'activité est approximativement égale à la concentration molaire. Ainsi, la formule couramment utilisée est \(\text{pH} = -\log_{10} [\text{H}_3\text{O}^+]\). L'acide chlorhydrique (HCl) est un acide fort, ce qui signifie qu'il se dissocie complètement dans l'eau, libérant tous ses ions \(\text{H}^+\) (qui se combinent avec l'eau pour former \(\text{H}_3\text{O}^+\)). Par conséquent, la concentration en ions hydronium est égale à la concentration initiale de l'acide fort.

Données de l'étude

On dispose d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique (HCl).

Informations :

  • Solution : Acide chlorhydrique (HCl)
  • Concentration de la solution d'HCl (\(C_A\)) : \(0.010 \, \text{mol/L}\)
  • Température de la solution : \(25^\circ\text{C}\) (à cette température, le produit ionique de l'eau \(K_w = 1.0 \times 10^{-14}\))
Schéma : Solution d'Acide Chlorhydrique et Mesure de pH
{/* Bécher */} {/* Niveau liquide */} {/* Effet surface liquide */} Solution d'HCl {/* pH-mètre (simplifié) */} pH {/* Électrode de pH */} Mesure du pH d'une solution acide

Représentation d'une solution d'HCl et d'un pH-mètre.

Questions à traiter

  1. Écrire l'équation de la dissociation de l'acide chlorhydrique (HCl) dans l'eau.
  2. Déterminer la concentration des ions hydronium (\([\text{H}_3\text{O}^+]\)) dans la solution d'HCl.
  3. Calculer le pH de cette solution d'HCl.
  4. Calculer le pOH de cette solution d'HCl à \(25^\circ\text{C}\).

Correction : Calcul du pH d'une Solution d'Acide Chlorhydrique

Question 1 : Équation de Dissociation de HCl dans l'Eau

Principe :

L'acide chlorhydrique (HCl) est un acide fort. Lorsqu'il est dissous dans l'eau, il se dissocie complètement pour former des ions hydronium (\(\text{H}_3\text{O}^+\)) et des ions chlorure (\(\text{Cl}^-\)).

Équation :
\[ \text{HCl}_{\text{(aq)}} + \text{H}_2\text{O}_{\text{(l)}} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^+_{\text{(aq)}} + \text{Cl}^-_{\text{(aq)}} \]

Étant donné que la dissociation est totale, la flèche simple (\(\rightarrow\)) est utilisée.

Résultat Question 1 : L'équation de dissociation de HCl dans l'eau est \(\text{HCl}_{\text{(aq)}} + \text{H}_2\text{O}_{\text{(l)}} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^+_{\text{(aq)}} + \text{Cl}^-_{\text{(aq)}}\).

Question 2 : Concentration des Ions Hydronium (\([\text{H}_3\text{O}^+]\))

Principe :

Comme HCl est un acide fort, il se dissocie totalement dans l'eau. Cela signifie que chaque mole de HCl dissoute produit une mole d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\). Par conséquent, la concentration en ions hydronium est égale à la concentration initiale de l'acide HCl.

Relation :
\[[\text{H}_3\text{O}^+] = C_A\]

Où \(C_A\) est la concentration initiale de l'acide HCl.

Données spécifiques :
  • Concentration de HCl (\(C_A\)) : \(0.010 \, \text{mol/L}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} [\text{H}_3\text{O}^+] &= C_A \\ &= 0.010 \, \text{mol/L} \end{aligned} \]

On peut aussi écrire cette concentration en notation scientifique : \(0.010 \, \text{mol/L} = 1.0 \times 10^{-2} \, \text{mol/L}\).

Résultat Question 2 : La concentration des ions hydronium est \([\text{H}_3\text{O}^+] = 0.010 \, \text{mol/L}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si la concentration d'une solution d'un autre acide fort, HNO₃, est de \(0.001 \, \text{mol/L}\), quelle est la concentration en \([\text{H}_3\text{O}^+]\) ?

Question 3 : Calcul du pH de la Solution d'HCl

Principe :

Le pH d'une solution aqueuse est défini par la relation \(\text{pH} = -\log_{10} [\text{H}_3\text{O}^+]\), où \([\text{H}_3\text{O}^+]\) est la concentration molaire des ions hydronium.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{pH} = -\log_{10} [\text{H}_3\text{O}^+]\]
Données spécifiques :
  • Concentration en ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\) : \(0.010 \, \text{mol/L} = 1.0 \times 10^{-2} \, \text{mol/L}\) (calculée à la question 2)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log_{10} (1.0 \times 10^{-2}) \\ &= -(-2) \\ &= 2.00 \end{aligned} \]

Le pH est une valeur sans unité. Généralement, on le donne avec autant de chiffres après la virgule qu'il y a de chiffres significatifs dans la concentration.

Résultat Question 3 : Le pH de la solution d'HCl est \(\text{pH} = 2.00\).

Quiz Intermédiaire 2 : Une solution avec un \([\text{H}_3\text{O}^+] = 1.0 \times 10^{-5} \, \text{mol/L}\) a un pH de :

Question 4 : Calcul du pOH de la Solution d'HCl à \(25^\circ\text{C}\)

Principe :

Le pOH est une mesure de la concentration des ions hydroxyde (\([\text{OH}^-]\)) dans une solution, défini comme \(\text{pOH} = -\log_{10} [\text{OH}^-]\). À \(25^\circ\text{C}\), le produit ionique de l'eau, \(K_w = [\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-]\), est égal à \(1.0 \times 10^{-14}\). Une relation utile découle de cela : \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\) à \(25^\circ\text{C}\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{pH} + \text{pOH} = 14 \quad (\text{à } 25^\circ\text{C})\]

Donc, \(\text{pOH} = 14 - \text{pH}\).

Données spécifiques :
  • pH de la solution : \(2.00\) (calculé à la question 3)
  • Température : \(25^\circ\text{C}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{pOH} &= 14.00 - \text{pH} \\ &= 14.00 - 2.00 \\ &= 12.00 \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le pOH de la solution d'HCl à \(25^\circ\text{C}\) est \(\text{pOH} = 12.00\).

Quiz Q4 : Si une solution a un pH de 9.0 à \(25^\circ\text{C}\), quel est son pOH ?

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Qu'est-ce que le pH ?

2. Un acide fort comme HCl :

3. Une solution avec un pH de 3 est :

Glossaire

pH (potentiel Hydrogène)
Mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution aqueuse, définie comme \(\text{pH} = -\log_{10} [\text{H}_3\text{O}^+]\).
pOH (potentiel Hydroxyde)
Mesure de la concentration des ions hydroxyde (\([\text{OH}^-]\)) dans une solution, définie comme \(\text{pOH} = -\log_{10} [\text{OH}^-]\). À \(25^\circ\text{C}\), \(\text{pH} + \text{pOH} = 14\).
Acide Fort
Acide qui se dissocie (s'ionise) complètement dans l'eau, libérant tous ses protons (\(\text{H}^+\)).
Ion Hydronium (\(\text{H}_3\text{O}^+\))
Ion formé lorsqu'un proton (\(\text{H}^+\)) provenant d'un acide se lie à une molécule d'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)). Sa concentration détermine l'acidité d'une solution.
Ion Hydroxyde (\(\text{OH}^-\))
Ion dont la concentration détermine la basicité d'une solution.
Dissociation (Ionisation)
Processus par lequel un composé chimique se sépare en ions lorsqu'il est dissous dans un solvant (généralement l'eau).
Produit Ionique de l'Eau (\(K_w\))
Constante d'équilibre de l'auto-ionisation de l'eau. À \(25^\circ\text{C}\), \(K_w = [\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}\).
Calcul du pH d’une Solution d’Acide Chlorhydrique - Exercice d'Application

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