Calcul du pH d’une Solution
Comprendre le pH d'une Solution
Le pH (potentiel Hydrogène) est une grandeur qui permet de mesurer l'acidité ou la basicité d'une solution aqueuse. L'échelle de pH s'étend généralement de 0 à 14. Une solution avec un pH de 7 est dite neutre (comme l'eau pure à 25°C). Un pH inférieur à 7 indique une solution acide, tandis qu'un pH supérieur à 7 indique une solution basique (ou alcaline). Plus le pH est bas, plus la solution est acide ; plus le pH est élevé, plus la solution est basique.
Le pH est directement lié à la concentration en ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\) (souvent simplifiés en ions hydrogène \([\text{H}^+]\)) dans la solution. La relation est donnée par la formule : \( \text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+]) \), où \([\text{H}_3\text{O}^+]\) est exprimée en moles par litre (\(\text{mol/L}\)).
Données de l'étude
- La concentration en ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\) dans le jus de citron est mesurée à \(1,0 \times 10^{-3} \, \text{mol/L}\).
- pH < 7 : Solution acide
- pH = 7 : Solution neutre
- pH > 7 : Solution basique (alcaline)
Schéma : Mesure du pH et Échelle
Schéma illustrant la mesure du pH d'une solution et l'échelle de pH.
Questions à traiter
- Rappeler la formule mathématique qui relie le pH à la concentration en ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\).
- Calculer le pH du jus de citron. (Note : \(\log(10^{-x}) = -x\)).
- Le jus de citron est-il acide, basique ou neutre ? Justifier votre réponse en utilisant la valeur du pH calculée.
- On dilue le jus de citron en ajoutant une grande quantité d'eau pure. Le pH de la solution diluée sera-t-il supérieur, inférieur ou égal au pH initial du jus de citron ? Expliquer qualitativement.
- Une autre boisson a un pH de 2. Est-elle plus acide, moins acide ou aussi acide que le jus de citron initial ?
Correction : Calcul du pH d’une Solution
Question 1 : Formule du pH
Principe :
Le pH est défini mathématiquement en fonction de la concentration molaire des ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\).
Formule :
Où \([\text{H}_3\text{O}^+]\) est la concentration en ions hydronium exprimée en \(\text{mol/L}\), et "log" désigne le logarithme décimal.
Quiz Intermédiaire 1 : Le symbole "[ ]" autour d'une espèce chimique en solution représente :
Question 2 : Calcul du pH du jus de citron
Principe :
On applique la formule du pH en utilisant la concentration en ions hydronium donnée.
Données spécifiques :
- Concentration en ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\) : \(1,0 \times 10^{-3} \, \text{mol/L}\)
Calcul :
En utilisant la propriété \(\log(10^{-x}) = -x\), on a \(\log(10^{-3}) = -3\).
Quiz Intermédiaire 2 : Si \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-5} \, \text{mol/L}\), quel est le pH ?
Question 3 : Caractère du jus de citron
Principe :
Le caractère acide, basique ou neutre d'une solution est déterminé en comparant son pH à la valeur de neutralité (pH = 7).
Données spécifiques :
- pH du jus de citron (calculé) : 3
Analyse et justification :
Le pH du jus de citron est de 3.
Comme \(3 < 7\), le jus de citron est une solution acide.
Quiz Intermédiaire 3 : Une solution de soude a un pH de 12. Elle est :
Question 4 : Effet de la dilution sur le pH
Principe :
Diluer une solution acide avec de l'eau pure (neutre, pH=7) tend à rapprocher le pH de la solution de celui de l'eau pure. L'acidité diminue.
Explication qualitative :
Le jus de citron est acide (pH = 3). L'eau pure est neutre (pH = 7).
En ajoutant de l'eau pure au jus de citron, on diminue la concentration des ions hydronium \([\text{H}_3\text{O}^+]\) responsables de l'acidité. Une diminution de \([\text{H}_3\text{O}^+]\) entraîne une augmentation du pH (car \( \text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+]) \)).
Le pH de la solution diluée se rapprochera donc de 7, sans toutefois le dépasser si la solution reste acide. Le pH augmentera par rapport au pH initial de 3.
Quiz Q4 : Si on dilue une solution basique (pH > 7) avec de l'eau pure, son pH va :
Question 5 : Comparaison d'acidité
Principe :
Plus le pH d'une solution acide est bas, plus elle est acide (c'est-à-dire plus la concentration en ions \([\text{H}_3\text{O}^+]\) est élevée).
Données spécifiques :
- pH du jus de citron initial : 3
- pH de l'autre boisson : 2
Comparaison :
L'autre boisson a un pH de 2. Le jus de citron a un pH de 3.
Puisque \(2 < 3\), la boisson avec un pH de 2 est plus acide que le jus de citron initial.
Quiz Q5 : Quelle solution est la plus basique ?
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
6. La formule \( \text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+]) \) signifie que si \([\text{H}_3\text{O}^+]\) augmente, le pH :
7. Une solution de pH = 1 est :
8. Si \([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-x} \, \text{mol/L}\), alors le pH est égal à :
Glossaire
- pH (potentiel Hydrogène)
- Mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution aqueuse. Il est défini par la relation \( \text{pH} = -\log([\text{H}_3\text{O}^+]) \).
- Ion Hydronium (\(\text{H}_3\text{O}^+\))
- Ion formé lorsqu'une molécule d'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)) accepte un proton (\(\text{H}^+\)). Sa concentration détermine l'acidité d'une solution.
- Solution Acide
- Solution dont le pH est inférieur à 7. Elle contient une concentration plus élevée d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) que d'ions hydroxyde \(\text{OH}^-\).
- Solution Basique (ou Alcaline)
- Solution dont le pH est supérieur à 7. Elle contient une concentration plus faible d'ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) que d'ions hydroxyde \(\text{OH}^-\).
- Solution Neutre
- Solution dont le pH est égal à 7 (à 25°C). Les concentrations en ions \(\text{H}_3\text{O}^+\) et \(\text{OH}^-\) y sont égales.
- Échelle de pH
- Échelle numérique, généralement de 0 à 14, utilisée pour spécifier l'acidité ou la basicité d'une solution aqueuse.
- Logarithme décimal (\(\log\))
- Fonction mathématique. Si \(y = 10^x\), alors \(\log(y) = x\). Par exemple, \(\log(100) = \log(10^2) = 2\), et \(\log(0,001) = \log(10^{-3}) = -3\).
- Dilution
- Processus consistant à ajouter du solvant (généralement de l'eau) à une solution pour en diminuer la concentration.
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