Devoir Surveillé – Chapitre 1

pH et solutions acido-basiques | Terminale Bac Pro — Groupement 5 (Chimie)

Dernière mise à jour : 11 juin 2026, 17:20

🕑 Durée : 1 heure

🧮 Calculatrice : autorisée

✍ Barème : 20 points

📄 Documents : non autorisés

APP – S'Approprier ANA – Analyser REA – Réaliser VAL – Valider COM – Communiquer

Compétences évaluées :

S'approprier — classer une solution comme acide, neutre ou basique à partir de son pH
Analyser — relier le pH à la concentration en ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\)
Réaliser — calculer un pH avec \(\text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+])\) et inversement
Valider — vérifier la conformité d'un pH à une norme ou à une plage cible
Communiquer — rédiger une conclusion ou un conseil argumenté

Socle

DS Socle – pH et solutions acido-basiques
Lis bien chaque question avant de répondre. Les rappels de méthode et les formules sont fournis.

Partie A – L'échelle de pH à la maison 6 points

On a mesuré le pH de cinq produits du quotidien :

Produit	pH mesuré
Jus de citron	2
Vinaigre	3
Eau pure	7
Savon	9,5
Eau de Javel	12

1. APP Compléter la dernière colonne du tableau ci-dessous en écrivant acide, neutre ou basique. (2 pts)

Produit	pH	Caractère
Jus de citron	2	…………………
Vinaigre	3	…………………
Eau pure	7	…………………
Savon	9,5	…………………
Eau de Javel	12	…………………

2. APP Quel est le produit le plus acide du tableau ? Cocher la bonne réponse. (1 pt)

☐ Le vinaigre ☐ Le jus de citron ☐ L'eau de Javel

3. ANA Vrai ou Faux ? Cocher la bonne case. (2 pts)

a) Une solution de pH = 10 est basique. ☐ Vrai ☐ Faux

b) Plus le pH est petit, plus la solution est basique. ☐ Vrai ☐ Faux

4. COM Compléter la phrase : « À 25 °C, l'échelle de pH va de ……… à ……… et l'eau pure a un pH égal à ……… » (1 pt)

1. Jus de citron (pH 2) : acide — Vinaigre (pH 3) : acide — Eau pure (pH 7) : neutre — Savon (pH 9,5) : basique — Eau de Javel (pH 12) : basique.

2. Le jus de citron : c'est lui qui a le pH le plus petit (pH = 2), donc il est le plus acide.

3. a) Vrai : pH = 10 > 7, la solution est basique. b) Faux : plus le pH est petit, plus la solution est acide.

4. À 25 °C, l'échelle de pH va de 0 à 14 et l'eau pure a un pH égal à 7.

Partie B – Calculer un pH au laboratoire 8 points

Rappels de méthode : \(\text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+])\) et \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}\), avec \([\text{H}_3\text{O}^+]\) en mol/L.
Utiliser les touches log et 10\(^x\) de la calculatrice.

Un technicien de laboratoire analyse deux solutions :

Solution	Donnée connue
Solution S1	\([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-3}\) mol/L
Solution S2	pH = 5

1. APP Dans quelle unité s'exprime la concentration \([\text{H}_3\text{O}^+]\) ? (1 pt)

2. REA Calculer le pH de la solution S1 en complétant : \(\text{pH} = -\log(10^{-3}) = \) ……… (2 pts)

3. ANA La solution S1 est-elle acide, neutre ou basique ? Justifier en comparant son pH à 7. (1 pt)

4. REA Calculer la concentration en ions hydronium de la solution S2 en complétant : \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{\,………} = \) ……… mol/L (2 pts)

5. VAL Quelle solution est la plus acide ? Combien de fois contient-elle plus d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) que l'autre ?
Aide : 1 unité de pH d'écart = facteur 10 sur la concentration. (2 pts)

1. La concentration \([\text{H}_3\text{O}^+]\) s'exprime en mol/L (moles par litre).

2. \(\text{pH} = -\log(10^{-3}) = -(-3) = \mathbf{3}\).

3. pH = 3 < 7 : la solution S1 est acide.

4. \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-5} = \mathbf{1 \times 10^{-5}}\) mol/L (= 0,00001 mol/L).

5. S1 est la plus acide (pH 3 < pH 5). Écart de pH : \(5 - 3 = 2\) unités, donc S1 contient \(10^2 = \mathbf{100}\) fois plus d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) que S2.

Partie C – Mesurer le pH d'un shampooing 6 points

Une esthéticienne vérifie le pH d'un shampooing avant de l'utiliser en institut. Le pH de la peau et du cuir chevelu est légèrement acide : le shampooing doit avoir un pH compris entre 5 et 6. La mesure donne pH = 5,5.

1. APP Citer les deux moyens vus en cours pour mesurer le pH d'une solution. (2 pts)

2. ANA Lequel de ces deux moyens est le plus précis ? Que faut-il faire avec cet appareil avant chaque mesure ? (2 pts)

3. VAL Le shampooing mesuré convient-il ? Cocher et compléter. (1 pt)

☐ Oui ☐ Non, car 5,5 est ………………… entre 5 et 6.

4. COM Un autre shampooing affiche pH = 9. Écrire une phrase pour expliquer à un client pourquoi il ne convient pas. (1 pt)

1. Le pH-mètre (appareil électronique avec une sonde) et le papier pH (papier indicateur que l'on compare à une échelle de teinte).

2. Le pH-mètre est le plus précis (au dixième près, contre environ 1 unité pour le papier pH). Avant chaque mesure, il faut l'étalonner avec des solutions tampon de pH connu.

3. Oui : 5,5 est compris entre 5 et 6, le shampooing convient.

4. COM : Exemple de réponse : « Ce shampooing a un pH de 9 : il est basique, alors que le cuir chevelu est légèrement acide (pH 5 à 6). Il risque donc d'agresser et de dessécher la peau. »

Standard

DS Standard – pH et solutions acido-basiques
Durée : 1 heure | Calculatrice autorisée | Documents non autorisés

Partie A – Questions de cours 5 points

1. APP Qu'est-ce que le pH d'une solution aqueuse ? Préciser entre quelles valeurs il est compris à 25 °C. (1 pt)

2. APP Écrire la formule donnant le pH à partir de \([\text{H}_3\text{O}^+]\), puis la formule inverse donnant \([\text{H}_3\text{O}^+]\) à partir du pH. Préciser l'unité de \([\text{H}_3\text{O}^+]\). (2 pts)

3. ANA L'échelle de pH est logarithmique. Que devient la concentration en ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) lorsque le pH diminue de 1 unité ? Et lorsqu'il diminue de 2 unités ? (2 pts)

1. Le pH est un nombre sans unité qui mesure le caractère acide ou basique d'une solution aqueuse. À 25 °C, il est compris entre 0 et 14 pour les solutions usuelles.

2. \(\text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+])\) et \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}}\), avec \([\text{H}_3\text{O}^+]\) en mol/L.

3. Quand le pH diminue de 1 unité, \([\text{H}_3\text{O}^+]\) est multipliée par 10. Quand il diminue de 2 unités, elle est multipliée par \(10^2 = \mathbf{100}\).

Partie B – Contrôle qualité en cosmétique 8 points

Un technicien de laboratoire contrôle deux produits cosmétiques avant leur mise en vente. Pour respecter le pH naturel de la peau, le cahier des charges impose un pH compris entre 5,0 et 6,0.

Produit	Donnée mesurée
Lotion tonique	\([\text{H}_3\text{O}^+] = 2{,}0 \times 10^{-6}\) mol/L
Crème de jour	pH = 7,9

1. REA Calculer le pH de la lotion tonique. Arrondir au centième. (3 pts)

2. VAL La lotion tonique est-elle conforme au cahier des charges ? Justifier. (1 pt)

3. REA Calculer la concentration en ions hydronium de la crème de jour. Donner le résultat en écriture scientifique avec deux chiffres significatifs. (2 pts)

4. ANA La crème de jour est-elle acide, neutre ou basique ? Justifier. (1 pt)

5. COM Rédiger une phrase de conclusion pour le rapport de contrôle : la crème peut-elle être mise en vente en l'état ? Que faudrait-il faire ? (1 pt)

1. \(\text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+]) = -\log(2{,}0 \times 10^{-6}) \approx \mathbf{5{,}70}\).

2. VAL : \(5{,}0 \leqslant 5{,}70 \leqslant 6{,}0\) : la lotion est conforme au cahier des charges. ✓

3. \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-7{,}9} \approx \mathbf{1{,}3 \times 10^{-8}}\) mol/L.

4. pH = 7,9 > 7 : la crème est basique.

5. COM : Exemple de réponse : « La crème de jour a un pH de 7,9, supérieur à la limite de 6,0 : elle est non conforme et ne peut pas être mise en vente en l'état. Il faut corriger la formulation en ajoutant un composé acide, puis contrôler à nouveau le pH. »

Partie C – Station de traitement des eaux 7 points

Un agent de traitement des eaux surveille une station d'épuration. La réglementation impose pour l'eau rejetée un pH compris entre 6,5 et 9.

Donnée	Valeur
pH de l'eau en sortie de station	6,2
pH d'un effluent acide stocké en bassin	3
Plage de pH autorisée au rejet	6,5 à 9

1. REA Calculer la concentration en ions hydronium de l'eau en sortie de station (pH = 6,2). Donner le résultat avec deux chiffres significatifs. (2 pts)

2. VAL Cette eau respecte-t-elle la réglementation ? Justifier par une comparaison. (2 pts)

3. ANA L'agent dilue l'effluent acide du bassin en ajoutant de l'eau : la concentration en ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) est alors divisée par 10. Que devient le pH de l'effluent ? Justifier. (2 pts)

4. COM Expliquer en une phrase pourquoi une seule dilution par 10 ne suffit pas pour rendre cet effluent rejetable. (1 pt)

1. \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-6{,}2} \approx \mathbf{6{,}3 \times 10^{-7}}\) mol/L.

2. VAL : 6,2 < 6,5 : le pH est en dessous de la plage autorisée (6,5 à 9). L'eau est légèrement trop acide : elle ne respecte pas la réglementation.

3. Si \([\text{H}_3\text{O}^+]\) est divisée par 10, le pH augmente de 1 unité (échelle logarithmique) : il passe de 3 à 4. En effet, \([\text{H}_3\text{O}^+]\) passe de \(10^{-3}\) à \(10^{-4}\) mol/L.

4. COM : Exemple de réponse : « Après une dilution par 10, le pH ne vaut que 4 : il reste très inférieur à 6,5, l'effluent est donc encore beaucoup trop acide pour être rejeté. »

Approfondissement

DS Approfondissement – pH et solutions acido-basiques
Durée : 1 heure | Calculatrice autorisée | Documents non autorisés | Aucune formule fournie

Partie A – Maîtrise du cours 5 points

1. APP Expliquer, à l'aide d'un exemple chiffré, ce que signifie « l'échelle de pH est logarithmique ». (2 pts)

2. ANA Donner la valeur de \([\text{H}_3\text{O}^+]\) dans l'eau pure à 25 °C et expliquer pourquoi l'eau pure est dite neutre. (2 pts)

3. APP Pourquoi précise-t-on toujours « à 25 °C » lorsqu'on affirme que le pH de l'eau pure vaut 7 ? (1 pt)

1. Une variation de 1 unité de pH correspond à un facteur 10 sur la concentration en ions hydronium. Exemple : une solution de pH 3 (\([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-3}\) mol/L) contient 10 fois plus d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) qu'une solution de pH 4 (\(10^{-4}\) mol/L), et 100 fois plus qu'une solution de pH 5.

2. Dans l'eau pure à 25 °C, \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-7}\) mol/L (pH = 7). L'eau pure est neutre car elle contient autant d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) que d'ions \(\text{OH}^-\).

3. Parce que la valeur du pH de l'eau pure dépend de la température : à une autre température, le pH de neutralité n'est plus exactement 7.

Partie B – Bain de dégraissage en laboratoire 8 points

Un laborantin contrôle un bain acide de dégraissage utilisé pour nettoyer des pièces métalliques. L'analyse donne \([\text{H}_3\text{O}^+] = 5{,}0 \times 10^{-3}\) mol/L. Après usage, le bain est traité : la concentration en ions hydronium est alors divisée par 100.

1. REA Calculer le pH du bain avant traitement. Arrondir au centième. (3 pts)

2. ANA Préciser le caractère acide ou basique du bain avant traitement, en justifiant. (1 pt)

3. REA Calculer la concentration en ions hydronium puis le pH du bain après traitement. (3 pts)

4. VAL Vérifier la cohérence des deux résultats sans calculatrice, en utilisant la propriété de l'échelle logarithmique. (1 pt)

1. \(\text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+]) = -\log(5{,}0 \times 10^{-3}) \approx \mathbf{2{,}30}\).

2. pH = 2,30 < 7 : le bain est acide (fortement acide).

3. \([\text{H}_3\text{O}^+] = \dfrac{5{,}0 \times 10^{-3}}{100} = \mathbf{5{,}0 \times 10^{-5}}\) mol/L, donc \(\text{pH} = -\log(5{,}0 \times 10^{-5}) \approx \mathbf{4{,}30}\).

4. VAL : Diviser la concentration par \(100 = 10^2\) fait augmenter le pH de 2 unités : \(2{,}30 + 2 = 4{,}30\). ✓ Les deux résultats sont cohérents.

Partie C – Rejets d'une usine de traitement de surface 7 points

Dans une usine de traitement de surface, un technicien chimiste compare deux bains usagés avant de décider de leur traitement. La réglementation locale autorise le rejet d'un effluent si son pH est compris entre 5,5 et 8,5.

Bain	pH mesuré
Bain A (décapage)	2,5
Bain B (rinçage)	4,5

1. REA Calculer la concentration en ions hydronium du bain A. Donner le résultat avec deux chiffres significatifs. (2 pts)

2. ANA Sans calculer \([\text{H}_3\text{O}^+]\) du bain B, déterminer combien de fois le bain A contient plus d'ions hydronium que le bain B. Justifier le raisonnement. (2 pts)

3. VAL L'un de ces deux bains peut-il être rejeté en l'état ? Justifier. (1 pt)

4. COM Rédiger, pour l'affichage de l'atelier, une consigne de sécurité argumentée concernant la manipulation du bain A (2 à 3 phrases). (2 pts)

1. \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-2{,}5} \approx \mathbf{3{,}2 \times 10^{-3}}\) mol/L.

2. Écart de pH : \(4{,}5 - 2{,}5 = 2\) unités. Chaque unité de pH correspond à un facteur 10, donc le bain A contient \(10^2 = \mathbf{100}\) fois plus d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) que le bain B.

3. VAL : Non : pH(A) = 2,5 et pH(B) = 4,5 sont tous les deux inférieurs à 5,5. Aucun des deux bains ne peut être rejeté en l'état : ils doivent être neutralisés avant rejet.

4. COM : Exemple de réponse : « Le bain A est une solution fortement acide (pH = 2,5) : tout contact avec la peau ou les yeux peut provoquer des brûlures. Porter obligatoirement gants, lunettes de protection et blouse lors de la manipulation. En cas de projection, rincer abondamment à l'eau et prévenir le responsable. »