Chapitre 3 | Terminale STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et les chiffres significatifs sont notés. Donnée : \([\text{H}_3\text{O}^+]=10^{-pH}\).
On étudie l'acide lactique \(\text{HA}/\text{A}^-\) (présent dans le muscle et les produits laitiers), de constante d'acidité \(K_a=1{,}4\times10^{-4}\).
1. Écrire l'équation de la réaction de l'acide lactique avec l'eau, et l'expression littérale de \(K_a\). (2 pts)
2. Calculer le pKa du couple. (1,5 pt)
3. Tracer (ou décrire) le diagramme de prédominance du couple. (1,5 pt)
4. Dans du lait de \(pH=6{,}6\), quelle espèce du couple prédomine ? Justifier. (2 pts)
1. \(\text{HA}+\text{H}_2\text{O}\rightleftharpoons\text{A}^-+\text{H}_3\text{O}^+\) ; \(K_a=\dfrac{[\text{A}^-][\text{H}_3\text{O}^+]}{[\text{HA}]}\).
2. \(pK_a=-\log(1{,}4\times10^{-4})=4-\log1{,}4=4-0{,}15=3{,}85\).
3. Axe des pH coupé à \(pH=3{,}85\) : \(pH<3{,}85\) → \(\text{HA}\) prédomine ; \(pH>3{,}85\) → \(\text{A}^-\) prédomine.
4. \(pH=6{,}6>pK_a=3{,}85\) : la base conjuguée \(\text{A}^-\) (ion lactate) prédomine.
On prépare une solution d'acide éthanoïque de concentration apportée \(c=2{,}0\times10^{-2}\ \text{mol·L}^{-1}\). On mesure \(pH=3{,}2\).
1. Calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) à l'équilibre. (1,5 pt)
2. À l'aide d'un tableau d'avancement et de la conservation de la matière, justifier que \([\text{A}^-]=[\text{H}_3\text{O}^+]\), puis calculer le coefficient de dissociation \(\alpha\). (3 pts)
3. L'acide est-il fort ou faible ? Justifier. (1 pt)
4. On dilue maintenant cette solution 100 fois. Sans calcul, indiquer comment évoluent le coefficient de dissociation \(\alpha\) et le pH. (1,5 pt)
1. \([\text{H}_3\text{O}^+]=10^{-3{,}2}=6{,}3\times10^{-4}\ \text{mol·L}^{-1}\).
2. Tableau : à l'état initial \([\text{HA}]=c\), \([\text{A}^-]=0\) ; à l'équilibre \([\text{HA}]=c-x\), \([\text{A}^-]=x\), \([\text{H}_3\text{O}^+]=x\). La stœchiométrie \(1:1\) impose \([\text{A}^-]=[\text{H}_3\text{O}^+]=6{,}3\times10^{-4}\ \text{mol·L}^{-1}\).
\(\alpha=\dfrac{[\text{A}^-]}{c}=\dfrac{6{,}3\times10^{-4}}{2{,}0\times10^{-2}}=0{,}032=3{,}2\,\%\).
3. \(\alpha=3{,}2\,\%\ll1\) : l'acide est faible (dissociation partielle).
4. En diluant, \(c\) diminue : le coefficient de dissociation \(\alpha\) augmente, et le pH augmente aussi (solution moins acide).
Le sang maintient son pH proche de \(7{,}40\) grâce au couple \(\text{CO}_2/\text{HCO}_3^-\) de \(pK_{a1}=6{,}4\). On rappelle aussi le couple \(\text{HCO}_3^-/\text{CO}_3^{2-}\) de \(pK_{a2}=10{,}3\).
1. Qu'est-ce qu'une solution tampon ? Pourquoi le couple \(\text{CO}_2/\text{HCO}_3^-\) joue-t-il ce rôle dans le sang ? (2 pts)
2. À \(pH=7{,}40\), calculer le rapport \(\dfrac{[\text{HCO}_3^-]}{[\text{CO}_2]}\) à l'aide de \(pH=pK_{a1}+\log\frac{[\text{HCO}_3^-]}{[\text{CO}_2]}\). Quelle espèce prédomine ? (2 pts)
3. L'océan absorbe le \(\text{CO}_2\) atmosphérique et son pH a baissé (de \(8{,}2\) à \(8{,}1\)). Expliquer en une ou deux phrases pourquoi cette acidification menace les coraux (squelette de \(\text{CaCO}_3\), formé à partir des ions \(\text{CO}_3^{2-}\)). (2 pts)
1. Une solution tampon garde un pH quasi constant lors d'un petit ajout d'acide ou de base. Le couple \(\text{CO}_2/\text{HCO}_3^-\) est un tampon efficace : l'ion \(\text{HCO}_3^-\) neutralise les acides produits par l'organisme, et l'excès de \(\text{CO}_2\) est éliminé par la respiration, ce qui stabilise le pH sanguin.
2. \(\log\dfrac{[\text{HCO}_3^-]}{[\text{CO}_2]}=pH-pK_{a1}=7{,}40-6{,}4=1{,}0\) → rapport \(=10^{1{,}0}=10\). L'ion hydrogénocarbonate \(\text{HCO}_3^-\) prédomine (10 fois plus que \(\text{CO}_2\) dissous).
3. Le \(\text{CO}_2\) dissous acidifie l'eau (production de \(\text{H}_3\text{O}^+\)). La baisse du pH consomme les ions carbonate \(\text{CO}_3^{2-}\) (déplacés vers \(\text{HCO}_3^-\)) : le carbonate devient rare, les coraux ne peuvent plus former correctement leur squelette de \(\text{CaCO}_3\), qui peut même se dissoudre.