Savoirs fondamentaux du programme de terminale scientifique/Chimie/Une transformation chimique est-elle toujours totale ?

pH

• $\scriptstyle pH=-\log \;[H_{3}O^{+}]$

Acide / Base

• Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton $H^{+}$
  Une base est une espèce chimique capable de capter un proton $H^{+}$

• Le couple acide/base, c'est l'ensemble de deux espèces chimiques qui ne diffèrent que par un proton.

• Une réaction acido-basique est un transfert de protons $H^{+}$ entre un acide et une base de deux couples.

• L'eau est à la fois un acide et une base : c'est un ampholyte ou espèce amphotère.

• Un équilibre chimique est l'ensemble de deux réactions chimiques inverses l'une de l'autre qui se réalisent à la même vitesse.
  À l'état d'équilibre, les réactions se poursuivent à l'échelle microscopique mais la composition n'évolue plus à l'échelle macroscopique : il s'agit d'un équilibre dynamique.

Transformations limitées / totales et état d'équilibre

• Une transformation est limitée si les deux réactions inverses se produisant simultanément.
  • Si la réaction est totale, le réactif limitant est entièrement consommé : $x_{\text{f}}=x_{\text{max}}$
  • Sinon, la réaction est limitée : $x_{\text{f}}<x_{\text{max}}$

• Le taux d'avancement final d'une réaction est le quotient de l'avancement final par l'avancement maximal: $\tau ={\frac {x_{\text{f}}}{x_{\text{max}}}}$

$\tau$ sans dimension
$x_{\text{f}}$ et $x_{\text{max}}$ en mol

• Si $\scriptstyle \tau \approx 1$,la transformation est totale.
• Si $\tau <1$, la transformation est limitée.

• Quotient de réaction ($aA+bB=cC+dD$) :
  $Q_{r}={\frac {[C]^{c}\cdot [D]^{d}}{[A]^{a}\cdot [B]^{b}}}$

• À chaque équation on associe une constante d'équilibre K. Elle dépend de la température mais est indépendante des conditions initiales. À l'équilibre, on a $Q_{r,eq}=K$

Autoprotolyse de l'eau

• La réaction d'autoprotolyse de l'eau a lieu dans toute solution aqueuse. L'équation de la réaction s'écrit : $2H_{2}O_{(l)}=H_{3}O_{(aq)}^{+}+HO_{(aq)}^{-}$

• On appelle produit ionique de l'eau la constante d'équilibre Ke de la réaction d'autoprotolyse de l'eau. Sa valeur dépend de la température (à 25°C : $\scriptstyle Ke=1,0\times 10^{-14}$). Dans une solution aqueuse, on a la relation : $\scriptstyle Ke=[H_{3}O^{+}]_{eq}\times [HO^{-}]_{eq}$

Réactions acido-basiques

• La constante d'acidité du couple acide/base $AH/A^{-}$ est la constante d'équilibre de la réaction de l'acide AH sur l'eau : $AH_{(aq)}+H_{2}O_{(l)}=A_{(aq)}^{-}+H_{3}O_{(aq)}^{+}$

• Le $pK_{A}$ d'un couple acide/base est défini par la relation : $pK_{A}=-\log K_{A}$, soit $K_{A}=10^{\text{-pKa}}$

• Dans toute solution aqueuse où coexistent l'acide AH et sa base conjuguée A^-, le pH de la solution vérifie : $pH=pKa+log{\frac {[A^{-}]_{\text{eq}}}{[AH]_{\text{eq}}}}$

• De même, Ka est toujours vrai quand coexistent l'acide et sa base. $Ka={\frac {[A^{-}]_{\text{eq}}\cdot H_{3}O^{+}]_{\text{eq}}}{[AH]_{\text{eq}}}}$

• La base prédomine sur son acide conjugué si $pH>pKa$

• Un indicateur coloré est un couple acide-base dont les formes acide et base sont de couleur différente.

Dosage / Titrage

• L'équivalence est atteinte lorsque les réactifs ont été introduit en proportions stœchiométriques.

• La zone de virage d'un indicateur coloré se situe dans une zone de pH encadrant son $pK_{A}$.

• Lors d'un titrage pH-métrique le point d'équivalence peut être repéré:
  • graphiquement, par la méthode des tangentes
  • par lecture ou par calcul de l'extremum de la fonction dérivée $\scriptstyle {\frac {\mathrm {d} (pH)}{\mathrm {d} V}}$.

• Lors d'un titrage colorimétrique, le changement de couleur est provoqué par l'indicateur coloré acido-basique. Un indicateur coloré est bien choisi si son pH à l'équivalence est compris dans sa zone de virage.