Physique-chimie Troisième
Certaines solutions, comme le vinaigre ou le jus de citron, ont un goût piquant : elles sont acides. D'autres, comme l'eau savonneuse ou la soude, sont basiques. L'eau pure n'est ni acide ni basique : elle est neutre. On mesure l'acidité d'une solution par son pH, un nombre sans unité compris entre 0 et 14.
On mesure au papier pH le pH de cinq solutions dont on connaît les ions :
| Solution | hydroxyde de sodium (soude) | eau de chaux | eau déminéralisée | vinaigre | acide chlorhydrique |
|---|---|---|---|---|---|
| Ions présents | \(\mathrm{Na^{+}}\) et \(\mathrm{HO^{-}}\) | \(\mathrm{Ca^{2+}}\) et \(\mathrm{HO^{-}}\) | pas d'ion | \(\mathrm{H^{+}}\) entre autres | \(\mathrm{H^{+}}\) et \(\mathrm{Cl^{-}}\) |
| pH mesuré | 13 | 12 | 7 | 3 | 1 |
On ajoute aussi quelques gouttes de phénolphtaléine dans trois de ces solutions :
Exploite le tableau et les tubes. 📄 ✏️
La plus acide est celle qui a le plus petit pH : l'acide chlorhydrique (pH = 1). La plus basique a le plus grand pH : la soude (pH = 13).
Elle devient rose dans une solution basique et reste incolore dans une solution acide ou neutre : elle permet de savoir très rapidement si un liquide est basique. Elle ne permet pas, en revanche, de distinguer un acide d'un liquide neutre.
Les deux solutions acides contiennent des ions hydrogène \(\mathrm{H^{+}}\) : ils sont responsables de l'acidité. Les deux solutions basiques contiennent des ions hydroxyde \(\mathrm{HO^{-}}\) : ils sont responsables de la basicité. Les ions \(\mathrm{Cl^{-}}\), \(\mathrm{Na^{+}}\) ou \(\mathrm{Ca^{2+}}\) changent d'une solution à l'autre : ils ne sont pas en cause.
Les acides et les bases concentrés sont dangereux. Les étiquettes des produits chimiques, au laboratoire comme à la maison, portent des pictogrammes de danger : un symbole noir dans un losange à bord rouge.
L'acide chlorhydrique et la soude concentrés portent le pictogramme corrosif. On les manipule donc avec blouse, lunettes et gants, en petite quantité, et on ne les goûte jamais.
Un apprenti chimiste a préparé quatre solutions dans des tubes à essais, mais il ne sait plus dans quel ordre. Il s'agit de :
On mesure le pH de chaque solution, puis on fait le test au nitrate d'argent (voir identifier des ions) sur un prélèvement :
Aide l'apprenti chimiste. 📄 ✏️
Le seul pH inférieur à 7 est celui du tube 3 (pH = 1) : c'est l'acide chlorhydrique. Le précipité blanc confirme la présence d'ions chlorure.
Le papier pH ne suffit pas : on utilise le test au nitrate d'argent. Tube 2 : rien, pas d'ions chlorure, c'est l'eau déminéralisée. Tube 1 : précipité abondant, beaucoup d'ions chlorure, c'est l'eau salée. Tube 4 : léger trouble, peu d'ions chlorure, c'est l'eau du robinet.
Le pH de l'acide chlorhydrique vaut 1 ; le test au nitrate d'argent montre qu'il contient aussi des ions chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\). On introduit une spatule de poudre de fer dans un tube, on ajoute 6 mL d'acide chlorhydrique, puis on bouche le tube avec une pièce de monnaie.
Observe l'animation et utilise le document. 📄 ✏️
Le fer a pour formule \(\mathrm{Fe}\). On observe un dégagement gazeux (bulles), la disparition progressive de la poudre de fer, une solution qui devient vert pâle et un tube qui chauffe.
Ce sont les ions hydrogène \(\mathrm{H^{+}}\), responsables de l'acidité. Les ions chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\) ne réagissent pas : on les retrouve dans le tube après la réaction (le test au nitrate d'argent donne toujours un précipité blanc). D'ailleurs, d'autres acides qui ne contiennent pas d'ions chlorure attaquent aussi le fer.
L'allumette provoque une petite détonation : c'est du dihydrogène \(\mathrm{H_2}\).
Avec la soude, le liquide filtré donne un précipité vert : il contient des ions fer II \(\mathrm{Fe^{2+}}\). Le fer métallique s'est transformé en ions fer II, qui donnent aussi la couleur vert pâle de la solution.
Les ions hydrogène \(\mathrm{H^{+}}\), responsables de l'acidité, sont consommés : ils se transforment en dihydrogène. La solution devient moins acide.
Les réactifs sont le fer \(\mathrm{Fe}\) et les ions hydrogène \(\mathrm{H^{+}}\) de l'acide ; les produits sont les ions fer II \(\mathrm{Fe^{2+}}\) et le dihydrogène \(\mathrm{H_2}\). Les ions chlorure \(\mathrm{Cl^{-}}\) sont toujours là après la réaction : ils ne réagissent pas, on ne les écrit pas dans le bilan.
Vérifie que le bilan est bien écrit. 📄 ✏️
Oui : 1 atome de fer et 2 atomes d'hydrogène à gauche ; 1 atome de fer (dans l'ion \(\mathrm{Fe^{2+}}\)) et 2 atomes d'hydrogène (dans \(\mathrm{H_2}\)) à droite.
Il faut 2 atomes d'hydrogène pour former une molécule \(\mathrm{H_2}\). On vérifie aussi les charges : 2 charges + à gauche (\(2\,\mathrm{H^{+}}\)), 2 charges + à droite (\(\mathrm{Fe^{2+}}\)).
L'essentiel à retenir du chapitre.
| Liquide | pH | Nature |
|---|---|---|
| jus de citron | 2,5 | |
| lait | 6,7 | |
| eau pure | 7 | |
| sang | 7,4 | |
| eau de mer | 8,2 | |
| soda au cola | 2,5 | |
| déboucheur | 13 |
| N° | Pictogramme | Signification |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 |
On verse de l'acide chlorhydrique sur de la grenaille de zinc \(\mathrm{Zn}\). Il se forme des bulles ; une allumette approchée de l'ouverture du tube provoque une petite détonation. Avec la soude, le liquide obtenu donne un précipité blanc, caractéristique des ions zinc \(\mathrm{Zn^{2+}}\) (donnée).
La détonation montre qu'il s'agit du dihydrogène \(\mathrm{H_2}\).
Réactifs : le zinc \(\mathrm{Zn}\) et les ions hydrogène \(\mathrm{H^{+}}\). Produits : les ions zinc \(\mathrm{Zn^{2+}}\) et le dihydrogène \(\mathrm{H_2}\).
\(\mathrm{Zn + 2\,H^{+} \longrightarrow Zn^{2+} + H_2}\) : 1 Zn et 2 H de chaque côté, 2 charges + de chaque côté.
Le pH augmente : les ions \(\mathrm{H^{+}}\) sont consommés, la solution devient moins acide.
L'étiquette d'un détartrant pour cafetière porte le pictogramme « corrosif » et indique « pH = 2 ». Le mode d'emploi conseille de le diluer dans un litre d'eau, de faire fonctionner la cafetière, puis de la rincer deux fois à l'eau claire.
pH = 2 < 7 : il est acide, à cause des ions hydrogène \(\mathrm{H^{+}}\).
Porter des gants et des lunettes, éviter le contact avec la peau, et verser le détartrant dans l'eau (et non l'inverse).
Un acide attaque le fer : la pièce serait rongée, avec formation de dihydrogène et d'ions fer.