Effets de la Concentration sur le pH d'une Solution
Comprendre le pH et l'Effet de la Dilution
Le pH est une mesure qui indique si une solution aqueuse est acide, basique ou neutre. L'échelle de pH va de 0 à 14. Un pH de 7 est neutre (comme l'eau pure). Un pH inférieur à 7 signifie que la solution est acide, et plus le pH est bas, plus l'acidité est forte. Un pH supérieur à 7 indique une solution basique (ou alcaline), et plus le pH est élevé, plus la basicité est forte. La concentration d'une substance acide (comme le vinaigre ou le jus de citron) ou basique (comme l'eau de Javel ou la soude) dans l'eau influence directement son pH. Diluer une solution, c'est-à-dire ajouter du solvant (généralement de l'eau) pour diminuer la concentration du soluté, a un effet sur son pH : une solution acide diluée devient moins acide (son pH augmente vers 7), et une solution basique diluée devient moins basique (son pH diminue vers 7).
Données de l'étude : Dilution d'une Solution Acide
Schéma : Dilution d'une Solution Acide
Une solution acide est diluée par ajout d'eau.
Questions à traiter
- La solution initiale d'acide chlorhydrique est-elle acide, basique ou neutre ? Justifier.
- Calculer le volume final (\(V_2\)) de la solution après l'ajout d'eau.
- Par quel facteur la solution initiale a-t-elle été diluée ? (Facteur de dilution \(F = V_2 / V_1\)).
- Comment la concentration en ions responsables de l'acidité évolue-t-elle lors de cette dilution ?
- Comment le pH de la solution évolue-t-il qualitativement après cette dilution ? Le pH final sera-t-il supérieur, inférieur ou égal au pH initial ? Se rapprochera-t-il ou s'éloignera-t-il de 7 ?
- Si on diluait une solution basique de pH 10 de la même manière (en la diluant 10 fois), comment son pH évoluerait-il qualitativement ?
Correction : Effets de la Concentration sur le pH
Question 1 : Nature de la solution initiale
Principe :
L'échelle de pH permet de déterminer le caractère acide, basique ou neutre d'une solution.
Analyse :
Le pH initial de la solution d'acide chlorhydrique est \(pH_1 = 2\).
Comme \(2 < 7\), la solution initiale est acide.
Question 2 : Volume final (\(V_2\)) de la solution
Principe :
Le volume final est la somme du volume initial de la solution acide et du volume d'eau ajoutée.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(V_1 = 10 \, \text{mL}\)
- \(V_{\text{eau}} = 90 \, \text{mL}\)
Calcul :
Question 3 : Facteur de dilution (\(F\))
Principe :
Le facteur de dilution (\(F\)) indique par combien le volume initial a été augmenté. Il est calculé comme le rapport du volume final (\(V_2\)) sur le volume initial (\(V_1\)).
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(V_2 = 100 \, \text{mL}\)
- \(V_1 = 10 \, \text{mL}\)
Calcul :
La solution a été diluée 10 fois.
Question 4 : Évolution de la concentration en ions responsables de l'acidité
Principe :
Lors d'une dilution, la quantité de matière de soluté (ici, les ions H⁺ responsables de l'acidité) reste la même, mais elle est répartie dans un volume plus grand. La concentration du soluté diminue donc.
Si \(C_1\) est la concentration initiale et \(C_2\) la concentration finale, alors \(C_2 = C_1 / F\).
Analyse :
Puisque le facteur de dilution est de 10, la concentration en ions responsables de l'acidité (ions H⁺) est divisée par 10.
Quiz Intermédiaire 1 : Si on dilue une solution 5 fois, sa concentration initiale est :
Question 5 : Évolution qualitative du pH après dilution de la solution acide
Principe :
Le pH est lié à la concentration en ions H⁺. Pour une solution acide, une diminution de la concentration en ions H⁺ (due à la dilution) entraîne une augmentation du pH. Le pH se rapproche de 7 (valeur neutre) sans jamais le dépasser si la solution initiale est acide et qu'on ajoute de l'eau pure.
Analyse :
La solution initiale est acide (pH = 2). En la diluant, on diminue la concentration des ions H⁺. Par conséquent, l'acidité diminue et le pH augmente.
Le pH final sera donc supérieur à 2 et se rapprochera de 7.
Question 6 : Évolution qualitative du pH d'une solution basique diluée 10 fois
Principe :
Pour une solution basique, le pH est supérieur à 7. La dilution par de l'eau pure diminue la concentration des ions responsables de la basicité (ions OH⁻). Cela rend la solution moins basique, et donc son pH diminue, se rapprochant de 7.
Analyse :
Une solution basique de pH 10, si elle est diluée 10 fois avec de l'eau pure, verra sa concentration en ions OH⁻ diminuer. Sa basicité va donc diminuer, et son pH va diminuer, se rapprochant de 7 (sans devenir inférieur à 7).
Quiz Intermédiaire 2 : L'eau pure a un pH de :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Une solution avec un pH de 4 est :
2. Lorsqu'on dilue une solution acide avec de l'eau pure, son pH :
3. Si on dilue une solution 100 fois, sa concentration en soluté est :
Glossaire
- pH
- Mesure de l'acidité ou de la basicité d'une solution aqueuse. Un pH de 7 est neutre, inférieur à 7 est acide, supérieur à 7 est basique.
- Solution Acide
- Solution dont le pH est inférieur à 7. Elle contient une plus grande concentration d'ions hydrogène (H⁺) que d'ions hydroxyde (OH⁻).
- Solution Basique (ou Alcaline)
- Solution dont le pH est supérieur à 7. Elle contient une plus grande concentration d'ions hydroxyde (OH⁻) que d'ions hydrogène (H⁺).
- Solution Neutre
- Solution dont le pH est égal à 7 (comme l'eau pure). Les concentrations en ions H⁺ et OH⁻ sont égales.
- Dilution
- Processus consistant à ajouter du solvant (généralement de l'eau) à une solution pour en diminuer la concentration du soluté.
- Concentration
- Quantité de soluté présente dans une quantité donnée de solution ou de solvant.
- Soluté
- Substance dissoute dans un solvant pour former une solution.
- Solvant
- Substance (généralement liquide) capable de dissoudre un soluté.
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