Un acide est une espèce chimique qui, dissoute dans l'eau, libère des ions hydronium H₃O⁺ (ou « oxonium »). C'est la présence de ces ions H₃O⁺ en solution qui confère à la solution son caractère acide : c'est la fonction acide.
Une solution acide contient des ions (H₃O⁺ et l'ion associé à l'acide) : elle est donc un électrolyte et conduit le courant électrique. On le vérifie expérimentalement en plaçant deux électrodes reliées à un générateur et une lampe (ou un ampèremètre) dans la solution : la lampe s'allume, preuve du déplacement d'ions mobiles.
On distingue deux grandes familles d'acides selon leur composition et leur mode d'obtention :
| Famille | Formation | Exemples | Équation caractéristique |
|---|---|---|---|
| Acides halogénés (hydracides), notés HX | Dissolution dans l'eau d'un gaz hydrogéné d'un halogène | HCl, HBr, HI, HF | HX + H2O → H3O+ + X- |
| Acides oxygénés (oxacides) | Réaction d'un oxyde d'acide (anhydride) avec l'eau | HNO3 (acide nitrique), H2SO4 (acide sulfurique) | Voir tableau ci-dessous |
| Oxyde d'acide | Équation de formation | Acide obtenu |
|---|---|---|
| Dioxyde de carbone CO2 | CO2 + H2O → H2CO3 | Acide carbonique |
| Dioxyde de soufre SO2 | SO2 + H2O → H2SO3 | Acide sulfureux |
| Trioxyde de soufre SO3 | SO3 + H2O → H2SO4 | Acide sulfurique |
| Pentoxyde de diazote N2O5 | N2O5 + H2O → 2HNO3 | Acide nitrique |
Un acide en solution aqueuse réagit avec de nombreux métaux usuels (Zn, Fe, Al, Mg…) selon le schéma général : métal + acide → sel + dihydrogène (H2). Les métaux peu réactifs comme le cuivre Cu ou l'argent Ag ne réagissent pas avec les acides dilués usuels.
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑ (chlorure de zinc)
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑ (sulfate de fer II)
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑ (chlorure d'aluminium)
Une base est une espèce chimique qui, dissoute dans l'eau, libère des ions hydroxyde OH⁻. C'est la présence de ces ions OH⁻ en solution qui confère à la solution son caractère basique : c'est la fonction basique.
Comme les solutions acides, les solutions basiques contiennent des ions mobiles (cation et OH⁻) : elles sont donc également des électrolytes et conduisent le courant électrique.
| Type | Exemples | Équation en solution |
|---|---|---|
| Hydroxydes solubles (bases fortes) | NaOH (soude), KOH (potasse), Ba(OH)2 | NaOH → Na+ + OH- ; Ba(OH)2 → Ba2+ + 2OH- |
| Hydroxyde peu soluble | Al(OH)3 (hydroxyde d'aluminium) | Précipité blanc, base faible et amphotère (voir §2.3) |
| Base gazeuse | NH3 (ammoniac) | NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH- (base faible, réaction limitée) |
Certains oxydes métalliques, appelés oxydes basiques, réagissent avec l'eau pour donner directement un hydroxyde (une base) :
CaO + H2O → Ca(OH)2 (chaux vive → chaux éteinte)
Na2O + H2O → 2NaOH
K2O + H2O → 2KOH
Une espèce chimique est dite amphotère (ou amphigène) lorsqu'elle peut se comporter soit comme un acide, soit comme une base, selon le réactif avec lequel elle est mise en contact. C'est le cas de l'eau H2O, de l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3 et de l'hydroxyde de zinc Zn(OH)2.
Face à un acide, Al(OH)3 se comporte comme une base : Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
Face à une base forte, Al(OH)3 se comporte comme un acide (il réagit avec l'hydroxyde de sodium pour former un aluminate) : Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
De même pour Zn(OH)2 : Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O (comportement basique) et Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2O (comportement acide, formation de zincate de sodium).
Les hydroxydes forts concentrés (NaOH, KOH) attaquent certains métaux dits amphotères (Al, Zn) avec dégagement de dihydrogène, alors qu'ils n'attaquent pas les métaux usuels non amphotères (Fe, Cu…) :
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2↑
Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2↑
Un sel est un composé ionique formé d'un cation (issu d'un métal ou de l'ion ammonium) et d'un anion (issu d'un acide). On peut l'obtenir principalement par quatre voies :
| Mode d'obtention | Schéma général | Exemple |
|---|---|---|
| Neutralisation acide-base | acide + base → sel + eau | HCl + NaOH → NaCl + H2O |
| Réaction acide-métal | métal + acide → sel + H2 | Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2 |
| Réaction acide-oxyde basique | oxyde basique + acide → sel + eau | CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O |
| Réaction base-oxyde acide | oxyde acide + base → sel + eau | CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O |
| Type de sel | Caractéristique | Exemples | Formation |
|---|---|---|---|
| Sel neutre | Neutralisation totale : plus d'hydrogène acide remplaçable, ni de groupe OH⁻ | NaCl, KNO3, CaCl2, Na2SO4 | H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O |
| Sel acide | Neutralisation partielle d'un poly-acide : conserve un hydrogène acide remplaçable | NaHSO4, NaHCO3, Na2HPO4 | H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O |
| Sel basique | Neutralisation partielle d'une poly-base : conserve un groupe OH⁻ | CaOHCl (chlorure basique de calcium) | Ca(OH)2 + HCl → CaOHCl + H2O |
Cette classification acide/basique/neutre d'un sel repose sur sa formule (présence ou non d'un H acide ou d'un OH⁻ résiduel), et non sur la valeur du pH de sa solution aqueuse (notion étudiée dans le chapitre suivant). Un sel « neutre » au sens de sa formule peut donner une solution légèrement acide ou basique une fois dissous.
Un sel est un composé ionique. En solution aqueuse ou à l'état fondu, ses ions sont libres de se déplacer : le sel est alors un électrolyte qui conduit le courant électrique. À l'état solide (cristal), les ions sont fixés dans le réseau cristallin et ne peuvent se déplacer : le solide ne conduit pas le courant.
On donne les quatre composés suivants : HNO3, KOH, CaCl2, HCl.
1) Classer chacun d'eux parmi acide, base ou sel, et donner son nom.
2) Écrire l'équation de la réaction entre l'acide chlorhydrique HCl et le fer Fe. Nommer le sel obtenu.
3) Cette même réaction se produirait-elle avec le cuivre Cu à la place du fer ? Justifier.
1) HNO3 : acide (acide nitrique). KOH : base (hydroxyde de potassium). CaCl2 : sel (chlorure de calcium). HCl : acide (acide chlorhydrique).
2) Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑. Le sel obtenu est le chlorure de fer(II), FeCl2.
3) Non. Le cuivre est un métal peu réactif, situé après l'hydrogène : il ne réagit pas avec les acides dilués usuels, donc aucun dégagement de dihydrogène ne serait observé.
On fait barboter une masse m = 8,0 g de trioxyde de soufre gazeux SO3 dans un large excès d'eau. Données : M(SO3) = 80 g/mol, M(H2SO4) = 98 g/mol.
1) Écrire l'équation de la réaction de formation de l'acide correspondant et le nommer.
2) Calculer la quantité de matière n(SO3) initialement présente.
3) En déduire la quantité de matière puis la masse d'acide formé.
4) Citer un autre oxyde d'acide et l'acide oxygéné qu'il forme avec l'eau.
1) SO3 + H2O → H2SO4 : acide sulfurique.
2) n(SO3) = m/M = 8,0/80 = 0,10 mol.
3) Le rapport stœchiométrique étant 1:1, n(H2SO4) = n(SO3) = 0,10 mol. m(H2SO4) = n×M = 0,10×98 = 9,8 g.
4) Le dioxyde de carbone CO2 est un oxyde d'acide qui forme, avec l'eau, l'acide carbonique : CO2 + H2O → H2CO3. (De même, N2O5 forme l'acide nitrique HNO3.)
On dispose d'un précipité d'hydroxyde de zinc Zn(OH)2 fraîchement obtenu, en quantité n = 0,020 mol.
1) Rappeler ce que signifie « caractère amphotère » pour une espèce chimique.
2) Écrire l'équation de la réaction de Zn(OH)2 avec un excès d'acide chlorhydrique HCl. Préciser le comportement (acide ou basique) de Zn(OH)2 dans cette réaction.
3) Écrire l'équation de la réaction de Zn(OH)2 avec un excès d'hydroxyde de sodium NaOH. Préciser cette fois son comportement.
4) On traite les 0,020 mol de Zn(OH)2 par un excès de NaOH. Calculer la quantité de matière de NaOH ayant réellement réagi, et celle de zincate de sodium Na2ZnO2 formée.
1) Une espèce amphotère peut se comporter soit comme un acide, soit comme une base, selon le réactif avec lequel elle est mise en présence.
2) Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O. Zn(OH)2 se comporte ici comme une base (il neutralise l'acide).
3) Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2ZnO2 + 2H2O. Zn(OH)2 se comporte ici comme un acide (il réagit avec une base plus forte que lui).
4) D'après l'équation précédente, le rapport n(NaOH)/n(Zn(OH)2) = 2. Donc n(NaOH) réagi = 2×0,020 = 0,040 mol. Le rapport Zn(OH)2 : Na2ZnO2 étant de 1:1, n(Na2ZnO2) = n(Zn(OH)2) = 0,020 mol.
On fait réagir une solution d'acide sulfurique H2SO4 avec une solution d'hydroxyde de sodium NaOH, en faisant varier les proportions. Données : M(NaHSO4) = 120 g/mol, M(Na2SO4) = 142 g/mol.
1) Écrire l'équation de neutralisation partielle (formation de l'hydrogénosulfate de sodium NaHSO4) et celle de neutralisation totale (formation du sulfate de sodium Na2SO4).
2) Préciser, en justifiant, si NaHSO4 et Na2SO4 sont des sels acides, basiques ou neutres.
3) On mélange n(H2SO4) = 0,050 mol avec n(NaOH) = 0,050 mol (proportions 1:1). Quel sel se forme ? Calculer sa masse.
4) On mélange à présent n(H2SO4) = 0,050 mol avec n(NaOH) = 0,100 mol (proportions 1:2). Quel sel se forme ? Calculer sa masse.
1) Neutralisation partielle : H2SO4 + NaOH → NaHSO4 + H2O. Neutralisation totale : H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O.
2) NaHSO4 est un sel acide : il conserve un hydrogène acide remplaçable issu du diacide H2SO4. Na2SO4 est un sel neutre : les deux hydrogènes acides ont été remplacés par des ions Na⁺, sans groupe OH⁻ résiduel.
3) Les proportions 1:1 correspondent à la neutralisation partielle : n(NaHSO4) = 0,050 mol (réactifs en proportions stœchiométriques exactes). m(NaHSO4) = 0,050×120 = 6,0 g.
4) Les proportions 1:2 correspondent à la neutralisation totale : 0,050 mol de H2SO4 nécessite exactement 0,100 mol de NaOH fournie. n(Na2SO4) = n(H2SO4) = 0,050 mol. m(Na2SO4) = 0,050×142 = 7,1 g.
Une usine rejette du trioxyde de soufre gazeux SO3. On piège une masse m = 16 g de ce gaz dans un grand volume d'eau. Données : M(SO3) = 80 g/mol ; M(Zn) = 65 g/mol ; M(Al(OH)3) = 78 g/mol.
10 questions · Correction immédiate
Le caractère acide d'une solution aqueuse est dû à la présence de l'ion :
Parmi les acides suivants, lequel est un acide halogéné (hydracide) ?
L'équation de formation de l'acide sulfurique à partir de son oxyde s'écrit :
Lorsqu'un acide réagit avec un métal usuel réactif (Zn, Fe, Al...), les produits formés sont :
Le caractère basique d'une solution aqueuse est dû à la présence de l'ion :
Quel oxyde basique donne l'hydroxyde de calcium en réagissant avec l'eau ?
Une espèce chimique amphotère, comme Al(OH)3 ou Zn(OH)2, est une espèce qui :
Parmi les sels suivants, lequel est un sel acide ?
L'équation Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O illustre :
Un sel conduit le courant électrique :
