Étude d'une solution d'acide éthanoïque

FondamentalLa solution d'acide éthanoïque

La dissolution de l'acide éthanoïque dans l'eau est exothermique. La solution d'acide éthanoïque conduit le courant électrique : elle contient donc des ions. Une solution d'acide éthanoïque est moins conductrice qu'une solution d'acide chlorhydrique de même concentration.

MéthodeCaractère réversible de la réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau

Énoncé :

Soit une solution d'acide éthanoïque de concentration Ca = 10-2 mol.L-1. Le pH de la solution mesurée à 25°C est 3,4. Calculer la concentration des espèces chimiques en solution et conclure.

Solution

Équation bilan de la réaction

CH3 - COOH + H2O ⇄ CH3 - COO- +H3O+

Inventaire des espèces :

Molécules : H2O ; CH3 - COOH

Ions : H3O+ ; OH- ; CH3 - COO-

De la valeur du pH on tire : [ H 3 O + ] = 10 − pH = 10 − 3,4 = 4. 10 − 4 mol . L − 1 [H_3 O^{ %Ux002B }] = 10^{ %Ux2212 pH}= 10^{%Ux2212 3,4}= 4. 10^{%Ux2212 4} mol. L^{%Ux2212 1}

Du produit ionique de l'eau Ke on tire : [ O H − ] = Ke [ H 3 O + ] ⇒ [ O H − ] = 10 − 14 4.10 − 4 = 2,5. 10 − 10 mol . L − 1 [O H^{ %Ux2212 }] = {Ke} over { [H_3 O^{ %Ux002B}] } %Ux21D2 [O H^{ %Ux2212 }] = { 10^{ %Ux2212 14 }} over { 4.10^{ %Ux2212 4}} = 2,5. 10^{%Ux2212 10} mol. L^{%Ux2212 1}

On constate que [ O H − ] ≪ [ H 3 O + ] [O H^{ %Ux2212 }] %strictlylessthan [H_3 O^{ %Ux002B}]

De la relation d’électro-neutralité on a :

[CH3 - COO-] + [OH-] = [H3O+] et comme [ O H − ] ≪ [ H 3 O + ] [O H^{ %Ux2212 }] %strictlylessthan [H_3 O^{ %Ux002B}] ; on a donc

[CH3 - COO-] ≈ [H3O+] = 4.10- 4 mol.L-1

De la relation de conservation de la matière on a :

n(CH3 - COOH)introduit = n(CH3 - COO-)solution + n(CH3 - COOH)restant

En divisant par le même volume on a :

[CH3 - COOH]introduit = [CH3 - COO-]solution + [CH3 - COOH]restant

⟹ [CH3 - COOH]restant = [CH3 - COOH]introduit - [CH3 - COO-]solution

⟹ [CH3 - COOH]restant = Ca - [CH3 - COO-]solution

⟹ [CH3 - COOH]restant = 10-2 mol.L-1 - 4.10- 4 mol.L-1

⟹ [CH3 - COOH]restant = 9,6.10-3 mol.L-1

Remarque

On constate qu'il reste des molécules de  CH 3 − COOH color red {CH_{3} - COOH} {} en solution ; ce qui prouve que son ionisation est partielle :

l'acide éthanoïque CH 3 − COOH color red {CH_{3} - COOH} {} est donc un acide faible en solution aqueuse. La réaction entre l'acide éthanoïque ( CH 3 − COOH color red {CH_{3} - COOH} {} ) et l'eau est limitée. C'est une réaction réversible. La solution d'acide éthanoïque a un pH < 7 pH %Ux003C 7 .

Les acides carboxyliques ( R-COOH ) sont des acides faibles; R est un radical alkyle.

ComplémentGénéralisation

Tout comme l'acide éthanoïque, la réaction de tous les autres acides faibles avec l'eau est partielle, limitée et réversible. Dans une solution aqueuse d'acide faible de concentration Ca, on a : [ H 3 O + ] < C a [H_3 O^{ %Ux002B}] %Ux003C C_{a} ce qui équivaut à pH > − log ( C a ) color blue {pH %Ux003E %Ux2212 log( C_{a}) } .