Connaître les couples acide-base de l’eau est important pour étudier les réactions acide-base pouvant avoir lieu en solution aqueuse et faisant intervenir d’autres couples.
I. Les couples de l’eau
H3O+/H2O : l’ion oxonium H3O+ est un acide, il est capable de céder un ion H+ et de donner sa base conjuguée, l’eau H2O : H3O+⇄H2O + H+.
H2O/HO– : H2O est un acide, il est capable de céder un ion H+ et de donner sa base conjuguée, l’ion hydroxyde HO– : H2O ⇄HO− + H+.
Mot clé
L’eau H2O est une espèce amphotère car elle peut jouer le rôle d’un acide ou d’une base.
II. D’autres couples acide-base
Un acide carboxylique RCOOH possède un groupe carboxyle où la liaison OH est polarisée. Cette liaison se rompt : l’oxygène, plus électronégatif, récupère le doublet liant et un proton est cédé. L’anion résultant est appelé ion carboxylate.
La base ammoniac NH3 est une entité capable d’accepter un proton grâce au doublet non liant de l’atome d’azote. L’azote est de ce fait déficitaire d’un électron d’où sa charge positive.
Les amines R–NH2 comme l’ammoniac sont des bases et leurs acides conjugués sont des ions alkylammonium. Exemple : CH3CH2NH3+ / CH3CH2NH2.
L’acide carbonique H2CO3 peut céder deux protons, c’est un diacide :
acide carbonique/ion hydrogénocarbonate : H2CO3/HCO−3 ;
ion hydrogénocarbonate/ion carbonate : HCO3−/CO32−.
L’ion HCO3− est une espèce amphotère.
Méthode
Identifier des couples acide-base et une espèce amphotère
1. Identifier dans chacune des équations ci-dessous les deux couples acide-base mis en jeu. Préciser quelles sont l’espèce acide et l’espèce basique dans chaque couple.
a. HCOOH(aq) + H2O(ℓ) ⇄ HCOO−(aq) + H3O+
b. H2SO3(aq) + C2H5NH2(aq) ⇄ C2H5NH3+(aq) + HSO3−(aq)
c. HSO3−(aq) + HO−(aq) → SO32−(aq) + H2O(ℓ)
2. L’espèce HSO3− est-elle une espèce amphotère ? Justifier.
Conseils
1. Pour chaque équation, identifiez l’espèce qui capte un proton (base) et celle qui en cède (acide). On écrit le couple acide-base en commençant toujours par l’acide.
Solution
1. a. • HCOOH cède un proton et donne sa base conjuguée HCOO− :
HCOOH ⇄ H+ + HCOO−
HCOOH(aq)/HCOO−(aq).
Toute réaction acido-basique met en jeu deux couples acide-base : l’acide d’un couple réagit avec la base du second. Donc H2O est une base qui capte un proton et donne son acide conjugué H3O+, donc le second couple est H3O+/H2O.
b. • H2SO3 cède un proton (c’est un acide) et donne sa base conjuguée HSO3−(aq) :
H2SO3⇄ H+ + HSO3−
C2H5NH2(aq) est une base car elle réagit avec l’acide H2SO3 et capte un proton. Son acide conjugué est C2H5NH3+(aq) :
C2H5NH2 + H+⇄C2H5NH3+
H2SO3/HSO3−(aq) et C2H5NH3+(aq)/C2H5NH2(aq).
c. • HSO3−(aq) est un acide et donne sa base conjuguée SO32−(aq) :
HSO3−⇄ H+ + SO32−
H2O est l’acide conjugué de la base HO−(aq) :
HO− + H+⇄H2O
HSO3−(aq)/SO32−(aq) et H2O(ℓ)/HO−(aq).
2. Dans les équations b. et c. intervient l’espèce HSO3−, mais dans deux couples différents. Dans la réaction b., HSO3− est la base du couple H2SO3(aq)/HSO3−(aq) tandis que dans la réaction c., HSO3− est l’acide du couple HSO3−(aq)/SO32−(aq).
Cette espèce appartient à deux couples, donc elle peut avoir soit un rôle d’acide, soit un rôle de base : c’est la définition d’une espèce amphotère.