Chapitre 5 | Première STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Exercices progressifs corrigés. Cherche chaque exercice avant de dérouler la correction. On prend \(K_e=10^{-14}\) à 25 °C.
(a) Rappeler la définition d'un acide et d'une base selon Brønsted.
(b) Donner la base conjuguée de chaque acide : \(\text{HCl}\) ; \(\text{CH}_3\text{COOH}\) ; \(\text{NH}_4^+\) ; \(\text{H}_3\text{O}^+\).
(c) Donner l'acide conjugué de chaque base : \(\text{HO}^-\) ; \(\text{NH}_3\) ; \(\text{CO}_3^{2-}\).
(a) Un acide cède un proton \(\text{H}^+\) ; une base capte un proton \(\text{H}^+\).
(b) On retire un \(\text{H}^+\) : \(\text{HCl}\to\text{Cl}^-\) ; \(\text{CH}_3\text{COOH}\to\text{CH}_3\text{COO}^-\) ; \(\text{NH}_4^+\to\text{NH}_3\) ; \(\text{H}_3\text{O}^+\to\text{H}_2\text{O}\).
(c) On ajoute un \(\text{H}^+\) : \(\text{HO}^-\to\text{H}_2\text{O}\) ; \(\text{NH}_3\to\text{NH}_4^+\) ; \(\text{CO}_3^{2-}\to\text{HCO}_3^-\).
(a) Calculer le pH d'une solution où \([\text{H}_3\text{O}^+]=1{,}0\times10^{-4}\ \text{mol·L}^{-1}\). Est-elle acide ou basique ?
(b) Calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) pour une solution de \(\text{pH}=8{,}5\).
(c) Un détartrant a \([\text{H}_3\text{O}^+]=5{,}0\times10^{-2}\ \text{mol·L}^{-1}\) : calculer son pH.
(a) \(\text{pH}=-\log(1{,}0\times10^{-4})=4{,}0\lt 7\) : solution acide.
(b) \([\text{H}_3\text{O}^+]=10^{-8{,}5}\approx3{,}2\times10^{-9}\ \text{mol·L}^{-1}\).
(c) \(\text{pH}=-\log(5{,}0\times10^{-2})\approx1{,}3\) : solution nettement acide.
Pour chaque espèce, écrire son équation de réaction avec l'eau et choisir la bonne flèche (totale → simple ; partielle → double) :
1. \(\text{HCl}+\text{H}_2\text{O}\rightarrow\text{Cl}^-+\text{H}_3\text{O}^+\) (totale).
2. \(\text{CH}_3\text{COOH}+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{CH}_3\text{COO}^-+\text{H}_3\text{O}^+\) (partielle).
3. \(\text{NaOH}\rightarrow\text{Na}^++\text{HO}^-\) (dissolution totale ; \(\text{Na}^+\) est spectateur).
4. \(\text{NH}_3+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{NH}_4^++\text{HO}^-\) (partielle).
On travaille à 25 °C, donc \(K_e=[\text{H}_3\text{O}^+][\text{HO}^-]=10^{-14}\).
(a) Rappeler l'équation de l'autoprotolyse de l'eau.
(b) Une solution a \([\text{HO}^-]=1{,}0\times10^{-2}\ \text{mol·L}^{-1}\). Calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) puis le pH.
(c) Une solution a \(\text{pH}=3{,}0\). Calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) puis \([\text{HO}^-]\).
(a) \(2\,\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{H}_3\text{O}^++\text{HO}^-\).
(b) \([\text{H}_3\text{O}^+]=\dfrac{K_e}{[\text{HO}^-]}=\dfrac{10^{-14}}{1{,}0\times10^{-2}}=1{,}0\times10^{-12}\ \text{mol·L}^{-1}\), donc \(\text{pH}=-\log(1{,}0\times10^{-12})=12{,}0\) (solution basique).
(c) \([\text{H}_3\text{O}^+]=10^{-3}=1{,}0\times10^{-3}\ \text{mol·L}^{-1}\), puis \([\text{HO}^-]=\dfrac{K_e}{[\text{H}_3\text{O}^+]}=\dfrac{10^{-14}}{1{,}0\times10^{-3}}=1{,}0\times10^{-11}\ \text{mol·L}^{-1}\).
Le couple acide éthanoïque / ion éthanoate a \(\text{p}K_a=4{,}8\).
(a) Quelle est la relation entre pH et \(\text{p}K_a\) quand \([\text{CH}_3\text{COOH}]=[\text{CH}_3\text{COO}^-]\) ?
(b) Dans un vinaigre de \(\text{pH}=2{,}9\), quelle forme prédomine ?
(c) Dans une solution de \(\text{pH}=6{,}5\), quelle forme prédomine ?
(a) Quand les deux espèces sont en quantités égales, \(\text{pH}=\text{p}K_a=4{,}8\).
(b) \(\text{pH}=2{,}9\lt4{,}8=\text{p}K_a\) : la forme acide \(\text{CH}_3\text{COOH}\) prédomine.
(c) \(\text{pH}=6{,}5\gt4{,}8=\text{p}K_a\) : la forme base \(\text{CH}_3\text{COO}^-\) (ion éthanoate) prédomine.
La glycine possède un groupe carboxylique \(\text{–COOH}/\text{–COO}^-\) de \(\text{p}K_{a1}=2{,}3\) et un groupe amine \(\text{–NH}_3^+/\text{–NH}_2\) de \(\text{p}K_{a2}=9{,}6\).
(a) À \(\text{pH}=1{,}0\), indiquer la forme de chaque groupe.
(b) À \(\text{pH}=7{,}0\), indiquer la forme de chaque groupe (c'est la forme dite « zwitterion »).
(c) À \(\text{pH}=12{,}0\), indiquer la forme de chaque groupe.
On applique la règle de prédominance à chaque groupe séparément.
(a) \(\text{pH}=1{,}0\) : \(\lt\text{p}K_{a1}=2{,}3\) → \(\text{–COOH}\) (acide) ; \(\lt\text{p}K_{a2}=9{,}6\) → \(\text{–NH}_3^+\). Forme : \(\text{–COOH}\) et \(\text{–NH}_3^+\).
(b) \(\text{pH}=7{,}0\) : \(\gt2{,}3\) → \(\text{–COO}^-\) (base) ; \(\lt9{,}6\) → \(\text{–NH}_3^+\). Forme : \(\text{–COO}^-\) et \(\text{–NH}_3^+\) (zwitterion, globalement neutre).
(c) \(\text{pH}=12{,}0\) : \(\gt2{,}3\) → \(\text{–COO}^-\) ; \(\gt9{,}6\) → \(\text{–NH}_2\). Forme : \(\text{–COO}^-\) et \(\text{–NH}_2\).
On dispose des couples : \(\text{CH}_3\text{COOH}/\text{CH}_3\text{COO}^-\) (\(\text{p}K_a=4{,}8\)) et \(\text{H}_2\text{PO}_4^-/\text{HPO}_4^{2-}\) (\(\text{p}K_a=7{,}2\)).
(a) Citer deux propriétés d'une solution tampon.
(b) On veut un tampon de pH proche de \(7\) (milieu biologique). Quel couple choisir ?
(c) Comment obtient-on \(\text{pH}=\text{p}K_a\) avec ce couple ?
(a) Le pH d'une solution tampon varie très peu lorsqu'on ajoute une petite quantité d'acide ou de base, et lorsqu'on la dilue (dans une certaine limite).
(b) On choisit le couple dont le \(\text{p}K_a\) est le plus proche de \(7\) : le couple \(\text{H}_2\text{PO}_4^-/\text{HPO}_4^{2-}\) (\(\text{p}K_a=7{,}2\)).
(c) En mélangeant l'acide \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\) et sa base conjuguée \(\text{HPO}_4^{2-}\) en quantités égales : alors \([\text{AH}]=[\text{A}^-]\) et \(\text{pH}=\text{p}K_a=7{,}2\).
Dans un atelier de traitement de surface, un bain de rinçage doit rester légèrement acide. Un technicien mesure son pH avec un pH-mètre.
(a) Avant la mesure, il utilise deux solutions étalons de pH \(4{,}0\) et \(7{,}0\). Quel est le nom de cette opération et à quoi sert-elle ?
(b) Le pH-mètre affiche \(\text{pH}=3{,}5\). Calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) puis \([\text{HO}^-]\) (à 25 °C).
(c) On veut stabiliser le pH autour de \(4{,}8\). Quel couple (parmi ceux vus en cours) permettrait de préparer une solution tampon adaptée, et comment ?
(d) On ajoute une petite quantité de soude au bain tamponné : le pH bondit-il fortement ? Justifier.
(a) C'est l'étalonnage du pH-mètre : il corrige les erreurs systématiques de la sonde pour que la mesure du pH soit juste.
(b) \([\text{H}_3\text{O}^+]=10^{-3{,}5}\approx3{,}2\times10^{-4}\ \text{mol·L}^{-1}\). Puis \([\text{HO}^-]=\dfrac{K_e}{[\text{H}_3\text{O}^+]}=\dfrac{10^{-14}}{3{,}2\times10^{-4}}\approx3{,}1\times10^{-11}\ \text{mol·L}^{-1}\).
(c) On choisit le couple de \(\text{p}K_a\) proche de \(4{,}8\) : le couple \(\text{CH}_3\text{COOH}/\text{CH}_3\text{COO}^-\) (\(\text{p}K_a=4{,}8\)). On mélange l'acide éthanoïque et l'ion éthanoate (éthanoate de sodium) en quantités voisines : \(\text{pH}\approx4{,}8\).
(d) Non : dans une solution tampon, l'acide \(\text{CH}_3\text{COOH}\) neutralise les ions \(\text{HO}^-\) ajoutés. Le pH varie très peu : c'est justement la propriété d'un tampon.