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Acidité
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Exercices

1/ Le pH est une échelle de 0 à 14 indiquant le caractère acide ou basique d'une solution.

Comprendre

echelle aciditépH indicateur chou rouge

Le pH sera dit neutre (ni acide, ni basique) à 7 . Au dessous, il sera acide, au dessus, il sera basique. Le pH pourra être mesuré à l'aide du papier pH ou d'un pH-mètre. C'est un paramètre chimique très important car il peut accélérer ou empêcher de nombreuses réactions et sa stabilité est indispensable à la survie d'un être vivant.
Le pH s'écrit avec un petit p et un H majuscule parce que ce sigle vient de potentiel Hydrogène, l'acidité dépendant de l'activité des ions hydrogènes.

Indicateur coloré

Un indicateur coloré est une molécule qui donne une indication sur son milieu. Certaines molécules colorés changent de couleur selon le pH car leur configuration change selon le pH et change la façon dont elles absorbent la lumière.
On a groupé de nombreux indicateurs sur un papier buvard, ce qui a donné le papier pH, qui donne une couleur différente pour chaque valeur du pHL'héliantine est rouge en milieu acide et devient jaune vers pH = 3,1 à 4,4 . D'autres indicateurs colorés comme le bleu de méthylène donne une indication sur l'oxydoréduction.D'autres nous informent sur le type de solvant,l'hygrométrie, la température...

1/ Exercices

Analyse

1/ Histoire d'hortensiasImage 
(30 mn)
engrais fleurs ions metalliques couleur hortensia et pH

Hortensia : (nom masculin) Arbuste dont les formes cultivées sont très décoratives grâce aux nombreuses fleurs bleues ou roses. Les plantes peuvent être reparties en trois catégories en fonction du pH du sol sur lequel elles poussent :
· Les plantes acidophiles : le pH du sol est compris entre 4,0 et 6,5.
· Les plantes neutrophiles : le pH du sol est compris entre 6,5 et 7,5.
· Les plantes basophiles : le pH du sol est compris entre 7,5 et 9,0. L'hortensia est une plante acidophile,sa couleur dépend du pH du sol dans lequel elles poussent.
Pour une bonne croissance les plantes acidophiles ont besoin d’un sol acide et d'une quantité importante de certains éléments nutritifs, comme le fer.

Test d'identificitationCu2+ + Soude -> Précipité bleuFe2+ +Soude -> Précipité vertFe3++Soude -> Précipité rouille

Vous êtes gérant d’un magasin de plantes et fleurs( L’Arc en fleur). Vous recevez le courrier d’un client mécontent (M Durand): il a acheté chez vous des graines d’hortensias dont la photo d’emballage présentait des fleurs de couleur bleue. Il vous indique dans ce courrier que peu d’hortensias ont poussé sur son terrain et que les fleurs sont roses ! Il vous demande un remboursement. Rédigez lui une lettre de réponse argumentée en lui proposant une solution.

Bonjour
Suite à votre lettre, nous avons le plaisir, nous avons le plaisir de porter à votre attention certains détails qui vous aideront à développer vos hortensias. La couleur des hortensias dépend de l'acidité du sol. Si vous voulez avoir des fleurs bleues, il faut que votre terrain soit plus acide qu'il ne l'est actuellement.
Le problème de croissance de vos hortensias est sûrement dû, quant à lui, à une carence en éléments nutritifs comme le fer.
Il se trouve que notre magasin commercialise un produit qui permet de résoudre ces deux problèmes à la fois : c'est le MagicFleur qui contient à la fois des ions fer (pour assurer une bonne croissance à vos plantes ) dans une solution acide (pour rendre vos fleurs bleues).
Attendant votre visite, je vous adresse mes saluts les plus cordiaux.
A Wauters, qualité Arc en fleur

2/ Les ions H+ sont responsables de l'acidité d'une solution. Plus ils sont nombreux, plus la solution est acide et aura un pH faible.

Comprendre

pH acidité ion H hydroxyde

Plus le nombre d'ions hydrogène (H+) sera élevé, plus le pH sera bas. On peut sentir l'acidité des aliments avec notre langue, mais le faire avec des produits chimiques est extrêmement dangereux. Ils peuvent brûler la peau très profondément.
Dans l'eau, les ions H+ s'associe avec l'eau pour donner des ions hydronium, H+ + H2O = H3O+

Appliquer

concentration hydroxyde et pHSolutions acide et basiqueEchelle de pH

Le pH est l'opposée d'une échelle logarithmique. On sait que cela dépend de la concentration en ion H+ (qu'on notera CH+).
pH = -log CH+
La fonction logarithme étant une fonction croissante, le signe – la rend décroissante. Donc plus la concentration en ions H+ est élevée, plus le pH sera faible.
Le pH sera Ă  0 si la concentration est de 1 mol/L, Ă  7 pour une concentration de 1.10-7 mol/L, Ă  14 pour une concentration de 1.10-14 mol/L

3/ Les ions OH- sont responsables de la basicité d'une solution. Plus ils sont nombreux, plus la solution sera basique et aura un pH élevé.

Comprendre

concentration hydroxyde et pHElectrolyse de l'eau

Les ions hydroxydes ( OH-) sont responsables du caractère basique d'une solution. On ne peut les sentir avec la langue mais un excès peut tout de même causer de graves brûlures. En s'associant avec un ion hydrogène, un ion hydroxyde formera de l'eau. H+ + OH-= H2O
Cela fait un équilibre qui fait que quand la quantité d'ions H+ est grande, la quantité d' OH- est petite et inversement.

3/ Exercices

Appliquer

3/ le pH du citron,un zeste simpleImage 
(30 mn)
pH ions H+ OH- echelle Jus de citron pH ions H+ eau dilution composition bloody mary chimique

Grâce à l'illustration ci-contre, fais un tableau de trois lignes (et 14 colonnes) où tu indiqueras pour chaque bécher :
le pH
le nombre d'ions présents
Le pourcentage d'ions présent

pH1234567891011121314
Nombre d'ions76543202345678
Pourcentage393328221711011172228333944

Le pH dépend du pourcentage en ions H+ ou OH- donc si deux solutions ont le même pourcentage du même ion, elles auront le même pH. On a un jus de citron et on désire le rendre moins acide tout en le gardant consommable.

Quel est son pH au début?(voir illustration)

On peut compter cinq ions H+ pour 20 molécules, ce qui fait un pourcentage de 25%, ce qui fait que l'on se situe à l'exact milieu entre le pH 3 et le pH 4. Le pH est donc de 3,5

Comment faire pour diminuer son acidité?

Il faut rajouter de l'eau, ce qui fera tendre son pH vers 7

Complète le schéma du jus de citron pour qu'il ait un pH de 5.(arrondir les résultats à l'unité)

On veut arriver à un pourcentage de 17 avec 5 ions H+. Si x est le nombre total de molécules dans le récipient, on peut poser 0,17 = 5/x qu'on peut résoudre par x = 5/0,17 = 29,4 =29 si on arrondit à l'unité. Il faut donc rajouter 9 molécules d'eau si on veut avoir un pH de 5.

Naissance d'un cocktail

En 1921,Fernand Petiot, un barman créatif travaillant à l'Hôtel Ritz de la place Vendôme, inventa un cocktail à base de jus de tomate qui fut baptisé le Bloody Mary. L'histoire nous apprend que Fernand a du faire de nombreux tests avant de trouver la dose exacte de jus de citron qu'il fallait ajouter afin de parfaire ce cocktail.Il finit par décider que le volume idéal serait de 5mL.
Il faut 12cL de jus de tomate pour faire un Bloody Mary. On ajoute aussi 0,5cL de sauce Worcestershire et du sel.Avant de goûter, ses clients lui demandaient parfois si ce cocktail n'est pas trop acide. Il les rassurait en leur donnant le pH.

Mais quel est le pH du Bloody Mary après avoir rajouté le jus de citron ?

Aide

A quel volume correspond un carré dans le cocktail ?

0,5cL = 4 carrés donc un carré 0,125cL= 1,25mL

Combien de carrés vont représenter le jus de citron ?

4 carrés

Parmi ces carrés, combien seront des ions H+ (le jus de citron a un pH de 3,5) ?

4x0,25 = 1

Quel est la proportion d'ions H+ dans le Bloody Mary ?

23 / 108 = 21%

Quel est le pH du Bloody Mary ?

Cela fait un pH légèrement inférieur à 4

3/ Electrolyse deux en 1!ImageMatĂ©riel et protocole 
(50 mn)
cuve à électrolyse schéma
Générateur de courant continu Cuve à électrolyse
Eau distillé + sulfate de Sodium (histoire de voir que l'eau distillée ne conduit pas le courant )
Eau de chou rouge

La soude est un mélange d'ions sodium(Na+) et hydroxyde(OH-). C'est une solution basique très utilisée pour fabriquer des savons ou déboucher des canalisations. On peut la fabriquer grâce à l'électrolyse de l'eau(électro-: électricité -lyse :qui coupe). Cette réaction produira également du dihydrogène et du dioxygène qui pourront alimenter une pile à combustible. Une électrolyse ne pourra fonctionner que dans une solution conductrice. Une solution ne sera conductrice que si elle contient des ions.
Solution: liquide qui contient une espèce dissoute( le soluté)

Oxydation de l'eau : H2O -> O2 + H+ + e-
RĂ©duction de l'eau: H2O + e- -> H2 + OH-

Sur le schéma, ajoute deux fléches sur les fils électriques représentant le trajet des électrons.

Les électrons sont négatifs, ils sont donc repoussés par la borne moins et attirés par la borne plus. Les électrons ne peuvent pas passer dans un liquide, on peut retenir que "Les électrons ne savent pas nager"

Place les mots oxydation et réduction à la bonne électrode en regardant quelle est celle qui consomme et celle qui produit des électrons.

Là où les électrons arrivent se trouve la réaction qui consomme des électrons : la réduction
L'Ă©lectrode d'oĂą partent les Ă©lectrons est celle qui en produit:l'oxydation.

Grâce aux ions produits par chaque réaction, déduit le changement de couleur des solutions dans les deux éprouvettes. Demande confirmation au professeur pour commencer l'expérience.

La réduction produit des ions OH- qui vont rendre la solution basique(augmenter son pH) et faire virer le chou rouge vers le jaune
L'oxydation produira des ions H+ qui rendront la solution acide(diminuer son pH) et feront virer le chou rouge vers un rouge vif.

Equilibre les Ă©quations bilans.

Oxydation: 2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-
RĂ©duction: 2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-

Partie Star

Le O2 et le H2 sont gazeux.
Tous les ions sont solubles dans l'eau

Rajoute l'état de chaque molécule en indice sur les réactions bilans. (liquide, dissous ou gaz)

Oxydation: 2H2O(liq) -> O2(gaz) + 4H+(dis) + 4e-
RĂ©duction: 2H2O(liq) + 2e- -> H2(gaz) + 2OH-(dis)

Modifie une des Ă©quation-bilans de sorte Ă  ce que les deux aient le mĂŞme nombre d'Ă©lectrons.

RĂ©duction: 4H2O(liq) + 4e- -> 2H2(gaz) + 4OH-(dis)

Quel est le gaz qui sera produit en plus grand nombre?

On peut voir que la production de dihydrogène sera deux fois plus importante que celle de dioxygène.

4/ Les produits acide ou basique concentrés sont dangereux.

Comprendre

ConcentrationDissolution d'un sel L'acide et le sucre: une mauvaise idée?

Les ions H+ et OH- peuvent provoquer de nombreuses réactions avec les molécules de notre corps.
Les produits acides attaquent la peau en favorisant leur oxydation et les produits basiques peuvent transformer le gras de la peau en savon et la brûler profondément. Ingérer de tels produits peut être létal.

5/ L'acide chlorhydrique contient des ions hydrogènes(H+) et des ions chlorures(Cl-).

Comprendre

Les ions contenus dans l'acide chlorhydrique sont à l'origine de son nom. Cet acide s'appelait autrefois le vitriol et reste toujours très utilisé de nos jours pour du décapage de métaux par exemple. C'est l'acide le plus présent dans l'estomac.

5/ Exercices

Appliquer

5/ Projet BEEBOP 
(35 mn)

Le projet BEEBOP est une réalisation internationale ayant pour vocation la conception d’un être androïde destiné aux interventions à risques et à la détection de produits potentiellement dangereux, tels que les ions. Ses missions : sauvetage en milieu dangereux tels que incendies, zones à haut risques électriques, zones explosives, milieux pauvres en dioxygène…
Dans un but de coopération internationale, il vous est demandé d’apporter vos lumières sur la conception de BEEBOP.

BEEBOP ne supporte pas bien le contact prolongé avec l'acide concentré, qui peut l'endommager. Quel est l'ion qui en est responsable ?(donner son nom et son symbole)

C'est l'ion hydrogène H+

Quelle est la fourchette de valeur du pH d'un acide ?

Un acide a un pH compris entre 0 et 7.

Comment pourrait-on débarrasser le robot de la solution qui peut l'attaquer ?

On peut le rincer avec de l'eau ou rajouter un produit basique afin de rendre la solution neutre.

Un outil pour mesurer la salinité de l’eau, utilisant un courant électrique alternatif sera intégré à BEEBOP.. Le sel est du chlorure de sodium (Na+ et Cl-).

Quelle propriété des ions permet leur détection grâce à cet outil ?

Les ions rendent la solution conductrice, on pourra donc détecter si la solution est riche en ions en regardant si la solution conduit ou pas le courant.

Ion Ă  tester/Solution testHydroxyde de sodium = Soude (Na++OH-)Nitrate dÂ’argent (Ag+ + NO3-)Chou rouge (anthocyane)
Ion Chlorure Cl-XPrécipité blanc qui noircit à la lumièreX
Ion sulfate SO42-XXX
Ion cuivre Cu2+Précipité bleuXX
Ion fer (II) Fe2+Précipité vertXX
Ion hydrogène H+XXCouleur rouge
Ion hydroxyde OH-XXCouleur jaune

En cas d'accident BEEBOP pourra synthétiser des polymères pour se réparer temporairement afin de pouvoir finir la mission. Un catalyseur de cette synthèse est l'acide chlorhydrique.

Comment réalise-t-on synthèse en chimie ?

L'assemblage de plusieurs molécules en une nouvelle est une synthèse en chimie.

Quels sont les ions composant l'acide chlorhydrique ? Indique grâce au tableau comment les identifier.

L'acide chlorhydrique est composé des ions hydrogènes H+ et chlorures Cl-. Le premier ion se reconnaît à la couleur rouge quand on ajoute du chou rouge. L'ion chlorure se reconnaît grâce au précipité blanc qu'il produit quand on lui ajoute du nitrate d'argent.


Projets

Le pH influence-t-il l'oxydation? (120 mn)
Les objets vont-ils rouiller plus vite dans de l'eau acide? Les pommes vont-elles noircir plus vite avec du jus de citron?
Comment les molécules réagissent-elles au pH? (120 mn)
Comment se présente la molécule la glycine(acide aminé) en solution acide? en solution basique?
Et le bicarbonate de soude(ou hydrogénocarbonate de sodium)?
Pourquoi l'echelle de pH est-elle comprise entre 1 et 14? (120 mn)
Comment calcule-t-on le pH en fonction de la concentration en ions H+ ?