L’Équilibre entre Acide et Base : Neutralisation en Action
Quand un acide rencontre une base : que se passe-t-il ?
En chimie, les acides et les bases sont deux grandes familles de substances aux propriétés opposées. Les acides ont souvent un goût piquant (comme le citron), tandis que les bases ont un goût amer et sont glissantes au toucher (comme le savon). Lorsqu'on mélange un acide et une base, ils réagissent ensemble dans un processus appelé neutralisation. Le résultat est souvent une solution moins acide et moins basique, tendant vers la neutralité (pH 7). Dans cet exercice, nous allons explorer cette réaction de neutralisation et calculer les quantités nécessaires pour atteindre l'équilibre.
Mission : Neutraliser une solution acide
Voici les informations :
Lors d'une neutralisation, la quantité d'acide et de base qui réagissent sont proportionnelles. Si on double la quantité d'acide, il faudra doubler la quantité de base pour la neutraliser (si les concentrations restent les mêmes).
Schéma : Neutralisation d'un acide par une base
En mélangeant les bonnes quantités d'acide et de base, on obtient une solution neutre.
Questions à résoudre
- Qu'est-ce qu'un acide et une base selon l'échelle de pH ? Qu'est-ce qu'une réaction de neutralisation ?
- Quels sont les produits typiques formés lors de la réaction entre l'acide chlorhydrique (HCl) et l'hydroxyde de sodium (NaOH) ? Écris l'équation bilan simplifiée de cette réaction sous forme de mots.
- L'élève a utilisé \(15 \text{ mL}\) de solution basique pour neutraliser \(20 \text{ mL}\) de solution acide. S'il voulait neutraliser un volume double d'acide, soit \(40 \text{ mL}\) (de la même solution acide) :
- Quel volume de la même solution basique devrait-il utiliser ? Explique ton raisonnement.
- Si l'élève dispose maintenant de \(60 \text{ mL}\) de sa solution d'acide chlorhydrique.
- Quel volume total de sa solution d'hydroxyde de sodium lui faudrait-il pour neutraliser complètement tout cet acide ?
- Inversement, si l'élève a \(45 \text{ mL}\) de sa solution d'hydroxyde de sodium, quel volume de sa solution d'acide chlorhydrique peut-il neutraliser ?
- Pourquoi est-il important de manipuler les solutions acides et basiques concentrées avec précaution (gants, lunettes) ?
Correction : Neutralisation en Action
Question 1 : Acides, bases, pH et neutralisation
Réponse :
Un acide est une substance qui, en solution aqueuse, a un pH inférieur à 7. Une base est une substance qui, en solution aqueuse, a un pH supérieur à 7. Une solution avec un pH égal à 7 est dite neutre.
Une réaction de neutralisation est une réaction chimique qui se produit lorsqu'on mélange un acide et une base. Ils réagissent ensemble pour former de l'eau et un sel (un composé ionique). Le pH de la solution résultante tend vers 7 si les quantités d'acide et de base sont appropriées (équivalentes).
Question 2 : Produits de la réaction HCl + NaOH
Réponse :
L'acide chlorhydrique (HCl) réagit avec l'hydroxyde de sodium (NaOH) pour former du chlorure de sodium (NaCl, qui est le sel de table) et de l'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)).
L'équation bilan simplifiée sous forme de mots est :
Acide chlorhydrique + Hydroxyde de sodium \(\Rightarrow\) Chlorure de sodium + Eau
Question 3 : Neutralisation d'un volume double d'acide
Réponse a) Volume de base pour 40 mL d'acide :
On sait qu'il faut \(15 \text{ mL}\) de base pour neutraliser \(20 \text{ mL}\) d'acide.
Si on double la quantité d'acide (\(20 \text{ mL} \times 2 = 40 \text{ mL}\)), il faudra aussi doubler la quantité de base pour la neutraliser, car la proportion entre l'acide et la base nécessaires pour la neutralisation reste la même (les solutions n'ont pas changé de concentration).
Il faudrait utiliser \(30 \text{ mL}\) de la même solution basique pour neutraliser \(40 \text{ mL}\) de la solution acide.
Question 4 : Volume de base pour 60 mL d'acide
Réponse a) :
Nous avons établi qu'il y a une proportionnalité. Pour \(20 \text{ mL}\) d'acide, il faut \(15 \text{ mL}\) de base.
Le volume d'acide est maintenant \(60 \text{ mL}\). C'est \(60 \text{ mL} / 20 \text{ mL} = 3\) fois plus d'acide que dans la situation initiale.
Il faudra donc 3 fois plus de base :
Il faudrait \(45 \text{ mL}\) de solution d'hydroxyde de sodium pour neutraliser \(60 \text{ mL}\) d'acide chlorhydrique.
Quiz Intermédiaire 1 : Si on mélange un acide fort et une base forte en quantités exactement neutralisantes, le pH final sera :
Question 5 : Volume d'acide neutralisé par 45 mL de base
Réponse :
On sait que \(15 \text{ mL}\) de base neutralisent \(20 \text{ mL}\) d'acide.
L'élève dispose de \(45 \text{ mL}\) de base. C'est \(45 \text{ mL} / 15 \text{ mL} = 3\) fois plus de base que dans la situation initiale.
Il pourra donc neutraliser 3 fois plus d'acide :
L'élève peut neutraliser \(60 \text{ mL}\) de sa solution d'acide chlorhydrique avec \(45 \text{ mL}\) de sa solution d'hydroxyde de sodium.
Question 6 : Précautions avec acides et bases concentrés
Réponse :
Il est important de manipuler les solutions acides et basiques concentrées avec précaution (gants, lunettes de protection, blouse) car elles peuvent être corrosives. Cela signifie qu'elles peuvent attaquer et détruire les matériaux, y compris la peau, les yeux et les vêtements. Les vapeurs peuvent aussi être irritantes pour les voies respiratoires.
Quiz Intermédiaire 2 : Quel est le pH approximatif du vinaigre (acide) ?
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Une solution avec un pH de 11 est :
2. Lors d'une réaction de neutralisation entre un acide et une base, le pH de la solution tend vers :
3. S'il faut \(10 \text{ mL}\) de base pour neutraliser \(5 \text{ mL}\) d'un acide, combien de mL de cette même base faudra-t-il pour neutraliser \(15 \text{ mL}\) du même acide ?
Glossaire
- Acide
- Substance qui, en solution aqueuse, a un pH inférieur à 7. Les acides libèrent des ions hydrogène (\(\text{H}^+\)).
- Base (ou Alcali)
- Substance qui, en solution aqueuse, a un pH supérieur à 7. Les bases libèrent des ions hydroxyde (\(\text{OH}^-\)) ou acceptent des ions \(\text{H}^+\).
- pH (potentiel Hydrogène)
- Échelle de mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution aqueuse, allant généralement de 0 à 14.
- Solution Neutre
- Solution dont le pH est égal à 7 (ex: eau pure).
- Neutralisation
- Réaction chimique entre un acide et une base, qui conduit à la formation d'un sel et d'eau. Le pH de la solution se rapproche de 7.
- Sel (chimie)
- Composé ionique résultant de la réaction entre un acide et une base (ex: le chlorure de sodium NaCl).
- Indicateur de pH (ou Indicateur Coloré)
- Substance qui change de couleur en fonction du pH de la solution dans laquelle elle est introduite.
- Soluté
- Substance dissoute dans un solvant.
- Solvant
- Substance (généralement liquide) qui dissout un soluté.
- Concentration
- Quantité de soluté présente dans un volume donné de solution.
- Corrosif
- Qualifie une substance capable d'attaquer ou de détruire d'autres matériaux, y compris les tissus vivants, par réaction chimique.
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