Solutions aqueuses acides

CHAPITRE C7 : Solutions  aqueuses acides

I. Catégorisation des solutions aqueuses

-Dispositif expérimental et manipulations

Nous disposons de 7 tubes à essais numérotés de 1 à 7. Introduisons dans chaque tube quelques gouttes de bleu de bromothymol (BBT).

- Ajoutons respectivement dans les 6 premiers tubes à essai quelques gouttes des solutions suivantes : Jus de citron, eau savonneuse, jus d’oseille blanc, solution de « khémé », eau salée, solution d’acide chlorhydrique.

Observations :

Le BBT prend alors les colorations suivantes :

Les résultats obtenus peuvent être résumés dans le tableau ci-dessous :

-Conclusions  et définitions:

On peut donc classer les solutions aqueuses en 3 catégories : 

• Celles comme le jus de citrons, le jus d’oseille blanc qui font virer le BBT au jaune. Elles sont dites acides
• Celles comme l’eau savonneuse qui font virer le BBT au bleu. Elles sont dites basiques
• Celles  comme l’eau salée qui ne font pas virer le BBT sont dites neutres.

II. L’acide Chlorhydrique 

II.1. Préparation de la solution d’acide chlorhydrique

  II.1.1) Le chlorure d’hydrogène

1. Structure :

Le chlorure d’hydrogène est un gaz moléculaire de formule HCl. La liaison covalente entre l’atome d’hydrogène et l’atome de chlore est polarisée (fragile) du fait de la différence d’électronégativité.

2.  Propriétés physiques :

Dans les conditions ordinaires de température et de pression, le chlorure d’hydrogène est un gaz incolore d’odeur piquante, très irritant pour les voies respiratoires. Il est plus dense que l’air

3. Préparation du chlorure d’hydrogène

On peut obtenir le chlorure d’hydrogène(HCl) facilement par l’action de l’acide sulfurique (H₂SO₄) sur le chlorure de sodium (NaCl) avec un léger échauffement :  H₂SO₄ + 2NaCl       2HCl  + Na₂SO₄

• Schéma du dispositif :  

Le gaz HCl est recueilli par déplacement d’air.

             II.1.2) Dissolution du gaz chlorhydrique : expérience du jet d’eau

• Dispositif expérimental:

Un ballon à fond rond de 500 mL muni d’un bouchon à tube effilé à l’une de ses extrémités est rempli de gaz chlorhydrique

Un cristallisoir est rempli d’eau distillée dans lequel on a ajouté quelques gouttes de BBT (coloration verte).

• Manipulation et Observations:

On introduit dans le ballon rempli de gaz chlorhydrique une goutte d’eau à l’aide d’un tube effilé  rempli de chlorure d’hydrogène, on bouche l’extrémité du tube avec le doigt et on agite pour dissoudre le gaz. Puis on retourne le ballon et on plonge l’extrémité du tube dans la cuve contenant la solution verte.

De l’eau pénètre vivement dans le ballon produisant un jet d’eau de couleur jaune.

 Interprétation:

Les premières gouttes d’eau qui entrent dans le ballon ont dissout pratiquement tout le gaz créant ainsi un vide poussé. L’eau est ainsi aspirée dans le ballon sous forme d’un jet.

En dissolvant le chlorure d’hydrogène la solution obtenue est acide d’où la coloration jaune : c’est la solution d’acide chlorhydrique.

 Application1

On prépare une solution d’acide chlorhydrique de volume V=500mL en dissolvant un volume V₁=480mL de chlorure d’hydrogène dans de l’eau. Sachant que dans les conditions de l’expérience le volume  molaire est égale V_m= 24 L.mol^-1.

1. Ecrire l’équation de dissociation du chlorure d’hydrogène.
2. Calculer la concentration  molaire et massique de la solution d’acide chlorhydrique ainsi obtenue. 

Solution

1. Equation de dissociation :

HCl+H2O→H3O++Cl-

2. Calcul de la concentration molaire et massique

C=V1Vm×V→C=24024×500C=0,02mol.L-1

Cm=C×MHClCm=0,02×36,5→Cm=0,73g.L-1

II.2. Propriétés de la solution d’acide chlorhydrique

II.2. 1) Conductibilité électrique

-  Expérience

Réalisons le circuit ci-contre. L’électrolyseur contient une solution d’acide chlorhydrique.

                      -  observation

On observe que l’ampoule brille quand on forme l’interrupteur

                      - interprétation

La solution d’acide chlorhydrique conduit le courant électrique donc elle contient des ions. Lors de la dissolution l’eau a totalement ionisé les molécules d’acide chlorhydrique selon l’équation-bilan : 

HCl+H2O→ H3O++Cl- 

II.2. 2) Propriétés des ions Hydronium

1. Action sur les métaux

• Expérience 

Soient deux tubes à essai contenant  respectivement une solution d’acide chlorhydrique et une solution de chlorure  sodium. Mettons dans chaque tube de la grenaille de zinc.

  Observation

On constate que le métal disparait dans le tube contenant la  solution d’acide chlorhydrique avec un dégagement de H₂, tandis qu’il reste intact dans le tube contenant la solution de chlorure de sodium

• Conclusion

L’action de l’acide chlorhydrique sur le zinc est due à une  réaction entre  les ions H₃O⁺ et le  métal.

Les ions H₃O⁺ attaquent les  métaux qui leurs plus électropositifs comme le  zinc,  l’aluminium, le  fer, le plomb, le nickel etc.… Ils n’attaquent pas le cuivre, l’argent ou l’or (qui sont moins électropositifs)

2. Action sur les indicateurs colorés

Un indicateur coloré est une substance qui donne des colorations différentes suivant qu’il se trouve en milieu acide, basique ou neutre.

• Expérience 

Soient trois tubes à essai A, B et C contenant respectivement quelques gouttes d’hélianthine, de phénolphtaléine et de BBT, introduisons dans chaque tube quelques gouttes d’une solution d’acide chlorhydrique.
 

• Observation : Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau ci-dessous.

                II.2. 3)   Propriétés des ions Cl^-

• Expérience

Dans un tube à essai contenant de l’acide chlorhydrique, ajoutons quelques gouttes d’une solution de nitrate d’argent (AgNO₃).

• Observation

Il se forme un précipité blanc de chlorure d’argent qui noircit à la lumière.

• Conclusion

Les ions argent Ag⁺ et les ions Cl^- ne peuvent coexister en solution aqueuse. La réaction de précipitation se traduit par l’équation-bilan :

Ag⁺ +  Cl^-                  AgCl

III. Généralisation : Autres acides

    III.1. Définition

Selon Bronsted, un acide est une espèce chimique pouvant libérer un ou plusieurs protons H⁺ en solution (H⁺ionisé par H₂O pour donner H₃O⁺)

On distingue les monoacides et les polyacides :

• Lorsqu’une mole peut libérer une mole d’ions  H⁺, l’acide est un monoacide.
• Lorsqu’une mole d’acide peut libérer deux ou trois ions  H⁺, l’acide est un diacide ou triacide.

III.2. Exemples.

EVALUATION :

Exercice1 :

Répondre par vrai ou faux en cochant la case correspondante.

Exercice2 :

Ecrire et équilibrer l’équation de la réaction de préparation du chlorure d’hydrogène à partir d’acide sulfurique et de chlorure de sodium. Nommer les produits formés

Exercice3 :

On fait agir 50mL d’une solution d’acide chlorhydrique, de concentration molaire 0,5mol.L^-1, sur de la grenaille de zinc en excès.

1. Quel volume de gaz peut-on espérer recueillir.
2. Quelle masse maximale de solide devrait-on recueillir, après filtration et évaporation de la solution obtenue. Données : V_m=24L.mol^-1  

Solution

Exercice1

Répondrons par vrai ou faux en cochant la case correspondante.

Exercice2

Equation-bilan : 

NaCl+H2SO4→ Na2SO4+2HCl

N_a2SO₄ : sulfate de sodium

HCl : chlorure d’hydrogène

Exercice3

1. Le volume de gaz

2H3O+ +Zn→ Zn2++ 2H2O+H2

nH₂=n(H2O)2→nH2=0,5×0,52=0,125mol 

VH2=nH2Vm→VH2=0,125×24→VH2=3L

2. Calculons de la masse maximale de solide

Zn2++2Cl→ZnCl2

n(ZnCl2)=nZn2+=nH2→mZnCl2=nH2×MZnCl2

An :mZnCl2=0,125×136→m(ZnCl2=17g