Objectifs

• Savoir qu'une solution aqueuse ionique contient des ions et reste électriquement neutre.
• Mesurer et interpréter un pH : solution acide, neutre ou basique.
• Relier l'acidité aux ions \(\ce{H+}\) et la basicité aux ions \(\ce{HO-}\), et prévoir l'effet d'une dilution sur le pH.
• Décrire l'action d'une solution acide sur le fer.
• Identifier les ions \(\ce{Cl-}\), \(\ce{Cu^2+}\), \(\ce{Fe^2+}\) et \(\ce{Fe^3+}\) par des tests de précipitation.
• Appliquer les règles de sécurité avec les produits acides et basiques.

1. Ce qui se cache dans une solution : les ions

Un ion est un atome ou un groupe d'atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Il porte une charge : positive (cation, par exemple \(\ce{Na+}\), \(\ce{Cu^2+}\)) ou négative (anion, par exemple \(\ce{Cl-}\), \(\ce{SO4^2-}\)).

Une solution ionique conduit le courant électrique. Elle est toujours électriquement neutre : il y a autant de charges positives que de charges négatives.

Exemple résolu 1 : écrire la formule d'une solution

Une solution de chlorure de fer III contient des ions \(\ce{Fe^3+}\) et \(\ce{Cl-}\). Combien d'ions chlorure faut-il pour un ion fer III ? Écrire la formule de la solution.

2. Le pH : acide, neutre ou basique

Le pH est un nombre, généralement compris entre 0 et 14, qui indique l'acidité d'une solution aqueuse (à 25 °C) :

• \(\mathrm{pH} < 7\) : solution acide ; plus le pH est petit, plus elle est acide ;
• \(\mathrm{pH} = 7\) : solution neutre (eau pure) ;
• \(\mathrm{pH} > 7\) : solution basique ; plus le pH est grand, plus elle est basique.

Les valeurs des produits courants sont des ordres de grandeur : elles dépendent de la marque et de la concentration.

On mesure le pH avec du papier pH (on dépose une goutte avec un agitateur et on compare la couleur à l'échelle de la boîte) ou avec un pH-mètre, plus précis. Un indicateur coloré comme le bleu de bromothymol (BBT) indique seulement le caractère : jaune en solution acide, vert en solution à peu près neutre, bleu en solution basique.

Exemple résolu 2 : classer des solutions

Fatou mesure au papier pH : jus de tamarin pH 3 ; eau du robinet pH 7 ; lessive pH 11 ; jus de citron pH 2. Classer ces solutions de la plus acide à la plus basique, et dire quelle couleur prendrait le BBT dans chacune.

3. Diluer change le pH, mais ne fait pas « traverser » le 7

Quand on ajoute de l'eau à une solution :

• une solution acide devient moins acide : son pH augmente et se rapproche de 7 sans le dépasser ;
• une solution basique devient moins basique : son pH diminue et se rapproche de 7 sans descendre en dessous.

flowchart LR
A[Acide pH 2] -->|on ajoute de l eau| B[pH 3 puis 4]
B -->|encore de l eau| C[pH proche de 7]
D[Base pH 12] -->|on ajoute de l eau| E[pH 11 puis 10]
E -->|encore de l eau| C

Exemple résolu 3 : prévoir un pH après dilution

On dilue un vinaigre de pH 3 avec beaucoup d'eau. Parmi les valeurs 2 ; 5 ; 8, laquelle peut être le pH obtenu ?

4. Une solution acide attaque le fer

Expérience : on verse de l'acide chlorhydrique sur de la paille de fer. Il se forme des bulles d'un gaz qui produit une petite détonation à l'approche d'une flamme : c'est du dihydrogène \(\ce{H2}\). La solution devient verte : elle contient des ions fer II \(\ce{Fe^2+}\).

Les ions chlorure \(\ce{Cl-}\) ne participent pas : on ne les écrit pas dans ce bilan. Pendant la réaction, des ions \(\ce{H+}\) sont consommés : le pH de la solution augmente.

5. Reconnaître les ions : les tests de précipitation

Exemple résolu 4 : identifier la solution de Kossi

Avec la soude, la solution bleue de Kossi donne un précipité bleu ; avec le nitrate d'argent, un précipité blanc qui noircit à la lumière. Quelle est cette solution ? Écrire sa formule.

Erreurs fréquentes

Récapitulatif

• Une solution ionique contient des ions, conduit le courant et reste électriquement neutre.
• pH inférieur à 7 : acide (ions \(\ce{H+}\) majoritaires) ; pH égal à 7 : neutre ; pH supérieur à 7 : basique (ions \(\ce{HO-}\) majoritaires).
• La dilution rapproche le pH de 7, sans le dépasser.
• Un acide attaque le fer : dégagement de dihydrogène et formation d'ions \(\ce{Fe^2+}\).
• Tests : nitrate d'argent pour \(\ce{Cl-}\) ; soude pour \(\ce{Cu^2+}\) (bleu), \(\ce{Fe^2+}\) (vert), \(\ce{Fe^3+}\) (rouille).