Mélange de deux couples acide-base en solution

[Bratschicolo]

Bonjour !

Dans mon cours, à travers l'exemple d'un mélange d'une solution d'acide benzoïque C₆H₅CO₂H de pKa=4.16 et de cyanure de sodium HCN de pKa=9.4, il est dit que :

"Si, dans une solution aqueuse, se trouvent deux couples acide-base différents, la réaction prépondérante se produisant est celle au cours de laquelle l'acide le plus fort donne son proton à la base la plus forte. En effet la base la plus forte à tendance à prendre le proton de l'acide le plus "généreux" en proton, c'est à dire de l'acide fort."

Et ils en déduisent donc que, pour le cas du mélange cité plus haut, la réaction prépondérante qui a lieu est :
C₆H₅CO₂H + CN^- donne HCN + C₆H₅CO₂^-
Mais quand je fais l'inventaire de tous les couples acide-base présents dans cette solution, je trouve :
C₆H₅CO₂H / C₆H₅CO₂^-
HCN / CN^-
H₃O⁺ / H₂O
H₂O / OH^-

Pour les deux premiers couples j'ai les pKa, mais pas pour les deux derniers.
Les couples H₃O⁺ / H₂O et H₂O / OH^- ont-ils un pKa ? Ils sont de combien ?
Sinon, commment savoir quel est vraiment l'acide le plus fort, et la base la plus forte ?

Merci par avance...
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[zarash]

Pour les couples H3O+ / H2O et H2O / OH- les pka sont respectivement de 0 et 14.
Mais je crois bien que la reaction preponderante est celle que tu as donné.

[jeanne08]

La réaction prépondérante est très logiquement celle de l'acide le plus fort sur la base la plus forte .
Les couples qui interviennent dans cet exercice sont au nombre de 4 comme tu l'as ecrit.
Mais il faut regarder ce que tu mets vraiment au départ : eau , acide benzoique et cyanure. On a donc mis
- 2 acides : l'acide benzoique et l'eau : c'est l'acide benzoique qui est le plus fort des deux
- 2 bases : le cyanure et l'eau : c'est l'ion cyanure qui est la base la plus forte.
Donc la réaction prépondérante est celle de l'acide benzoique sur l'ion cyanure ( qui a une grande constante d'équilibre donc qui est quasi totale) On néglige toutes les autres réactions acide/base

[invite9ad979a3]

Salut

Pour finaliser la chose, je dirai que si bien meme l'eau intervenait dans la réaction acido-basique, l'autoprotolyse de l'eau apporte une concentration d'environ 10^-14 mol/L de proton et hydroxy.....autrement dit tres negligeable par rapport au concentration de l'acide benzo et cyanure.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Bratschicolo]

OK, merci à vous pour vos réponses.

Je prends un autre exemple, pour vérifier que j'ai bien compris:
Dissolution du cristal de chlorure d'ammonium NH₄Cl dans l'eau.
Dans mon cours, il est dit que la réaction acide-base qui a lieu est :
NH₄⁺ + H₂O <--> NH₃ + H₃O⁺ (je l'appellerai réaction A) qui met en jeu les deux couples H₃O⁺/H₂O et NH₄⁺/NH₃.
La base la plus forte est pourtant bien OH^- (cf. croquis ci-joint).

Alors on aurait pu se dire que la réaction acide-base était plutôt :
NH₄⁺ + OH^- <--> NH₃ + H₂O (je l'appellerai réaction B).
J'imagine que, dans la réalité, les réaction A et B ont lieu en même temps.
Mais, si j'ai bien compris, on néglige la réaction B devant la réaction A car [OH^-] est faible. C'est bien ça ?
Est-ce à dire qu'en milieu basique on considérerait plutôt la réaction B ??

[jeanne08]

- pour les couples mis en jeu OK
- On met au départ de l'eau et du chlorure d'ammonium :
-- acides H2O et NH4+ : NH4+ est le plus fort
-- base : H2O
-- spectateur : chlorure
Dans l'eau il y a une quantité tout à fait négligeable de H3O+ et OH- donc on n'en parle pas
réactions acide-base possibles : (A) NH4+ + H20 = NH3 + H3O+ ( constante petite) et (C) : H2O + H2O = H3O+ + OH-
la réaction (A) est prépondérante ( elle marche mal mais mieux que la réaction (C ) )
La réaction (B) n'est pas envisagée car il y a très très peu de OH-, d'autant moins que la réaction (A) engendrant des H3O+ fait reculer l'autoprotolyse de l'eau . Ce n'est pas un truc très facile à comprendre ...

On va récapituler : le pKa de NH4+ est 9,2 et prends 9 pour faire un calcul rapide et le produit ionique de l'eau est 10^-14. Si on a mis 0,1 mol de NH4+ dans 1L d'eau on a une solution qui a un pH de 5 qui contient donc 0,1 mol/L de NH4+ , 10^-5 mol/L de H3O+ et NH3 et 10^-9 mol/L de OH-

[Bratschicolo]

Merci beaucoup Jeanne, c'est très clair.
Mais si je versais du NH₄Cl dans une solution très basique (pH=12 par exemple), je devrais quand même considérer la réaction B, non ?

Et puis une toute dernière question sur ce sujet des forces des acides et des bases:
Nous avons appris que plus le pKa d'un couple HA/A- est élevé et plus la base A- est forte.
Nous avons appris que plus le Ka d'un couple HA/A- est élevé et plus l'acide HA est fort.
OK
Donc, si un acide est très fort, sa base conjuguée est très faible; et vice-et-versa.
Ce qui m'intrigue un peu dans mon cours :
On dit que la réaction NH₄⁺ + H₂0 --> NH₃ + H₃0⁺ (dans ce sens, de la gauche vers la droite) est TRES LIMITEE. J'en déduis que NH₄⁺ est un acide très faible.
Mais on dit aussi que NH₃ + H₂0 --> NH₄⁺ + OH^- (dans ce sens) est également TRES LIMITEE. J'en déduis que NH3 est une base très faible. Alors que je ne peux pas avoir à la fois l'acide et sa base conjuguée qui sont très faibles !!

J'ai le même exemple avec l'acide éthanoïque et l'ion éthanoate, où dans mon cours on néglige, et pour l'un et pour l'autre, leur réaction avec l'eau...

Je trouve ça surprenant, selon moi on devrait avoir un acide très faible et sa base conjuguée plutôt forte (ou l'inverse bien sûr). Quelle est mon erreur de raisonnement svp ?

[moco]

Il me semble que ta difficulté tient au fait que H2O peut être à la fois acide et base. C'est un acide très très faible, car le pK_a du couple H₂O/OH^- vaut 14. C'est aussi une base très faible, car le pK_a du couple H₃O⁺/H₂O vaut 0

Quant à moi, je propose de classer les acides et bases en 4 catégories : les forts, faibles, très faibles et négligeables.
Acide fort (pK_a < 0) : HCl, H₃O⁺
Acide faible (0 < pK_a < 7 : CH₃COOH
Acide très faible (7 < pK_a < 14) : NH₄⁺
Acide négligeable (pK_a > 14) : H₂O

Base forte : OH^-
Base faible (7 < pK_a < 14 : NH₃
Base très faible (0 < pK_a < 7) : CH₃COO-
Base limite entre très faible et négligeable : H₂O
Base négligeable (pK_a < 0): Cl^-.

Un acide d'une certaine force réagit toujours bien (= à plus de 50%) avec une base qui appartient à une catégorie inférieure à la sienne.
Mais il réagit de manière limitée (= à moins de 50%) avec une base d'une catégorie supérieure à la sienne.

Cela est valable pour tes deux exemples !

[Bratschicolo]

Merci pour votre réponse Moco.

Comme je ne suis pas sûr de comprendre ce que vous entendez par "catégorie supérieure" et "catégorie inférieure", je reformule ce que je pense avoir compris :

Réaction 1 :
Un acide faible réagira très peu avec une base négligeable (H₂0 par exemple).
Réaction 2 :
Une base très faible réagira très peu avec un acide négligeable (H₂0 par exemple).
C'est pourquoi on considère que les réactions 1 et 2 sont très très limitées, autant l'une que l'autre, bien que l'on ait un acide faible et une base très faible.

J'ai à peu près compris ?