Terminale · Physique-chimie

Transformations acide-base

Chapitre 1

15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.

Ces 15 questions sur Transformations acide-base alternent observations, calculs et décisions expérimentales. Plusieurs propositions peuvent être exactes. Prévois du papier et un stylo.

Comment répondre ?

Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.

0 question vérifiée sur 15

Question 1

Acide éthanoïque et eau

On mélange de l'acide éthanoïque CH₃COOH et de l'eau. On modélise un transfert de proton par CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO⁻ + H₃O⁺. Quelles lectures de cette équation sont exactes ?

La double flèche garantit que tout CH₃COOH initial est consommé. CH₃COOH/CH₃COO⁻ est un couple conjugué. CH₃COOH joue le rôle d'acide de Brønsted. H₂O joue ici le rôle de base de Brønsted. H₃O⁺/H₂O est l'autre couple conjugué de cette réaction.

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Réponse attendue : B, C, D, E

A — Faux. Une écriture réversible représente les deux sens possibles ; elle ne fixe pas à elle seule l'avancement final ni le caractère total.
B — Vrai. Leur différence de composition est exactement un H⁺ et leur charge diffère d'une unité, comme attendu pour un couple.
C — Vrai. Il cède un proton à H₂O et devient CH₃COO⁻. Le rôle d'acide se lit dans ce transfert précis.
D — Vrai. L'eau capte le proton cédé par CH₃COOH et forme H₃O⁺ ; son rôle dépend de son partenaire.
E — Vrai. L'eau H₂O capte H⁺ pour devenir H₃O⁺ ; écrire l'acide en premier donne le couple H₃O⁺/H₂O.

Méthode à retenir. Repérer l'espèce qui perd H⁺, celle qui le gagne et leurs deux couples conjugués ; une équation ne fournit pas l'état final à elle seule.

Question 2

Ammoniac dans l'eau

Une solution nettoyante contient NH₃ dissous. On écrit NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + HO⁻. Sélectionner les interprétations compatibles avec le transfert de proton.

La paire NH₄⁺/NH₃ est un couple acide-base. HO⁻ est l'acide conjugué de l'eau. Les ions HO⁻ proviennent du gain d'un électron par H₂O. NH₃ est une base dans cette réaction. La charge globale de droite vaut +2, contrairement à celle de gauche.

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Réponse attendue : A, D

A — Vrai. NH₄⁺ peut céder H⁺ pour redonner NH₃ ; les deux espèces diffèrent d'un proton et d'une unité de charge.
B — Faux. L'eau perd un proton et devient HO⁻ : celui-ci est sa base conjuguée, tandis que H₃O⁺ serait son acide conjugué.
C — Faux. La formation de HO⁻ ici résulte de la perte d'un proton H⁺ par H₂O, sans échange d'électrons dans ce modèle acide-base.
D — Vrai. NH₃ capte un proton de H₂O et se transforme en NH₄⁺ ; c'est le comportement d'une base de Brønsted.
E — Faux. À droite NH₄⁺ vaut +1 et HO⁻ vaut −1 ; leur somme est zéro comme du côté des réactifs neutres.

Méthode à retenir. Ne confonds pas transfert de proton et transfert d'électron ; vérifie simultanément atomes et charges de l'équation.

Question 3

Hydrogénocarbonate selon le partenaire

L'ion HCO₃⁻ peut rencontrer H₃O⁺ ou HO⁻. On envisage HCO₃⁻ + H₃O⁺ ⇌ H₂CO₃ + H₂O et HCO₃⁻ + HO⁻ ⇌ CO₃²⁻ + H₂O. Quelles propositions sont exactes ?

Le rôle de HCO₃⁻ est fixé une fois pour toutes par sa charge négative. HCO₃⁻ est base dans la première équation. H₂CO₃/HCO₃⁻ et HCO₃⁻/CO₃²⁻ sont deux couples distincts. Une espèce ampholyte ne peut échanger qu'un électron. HCO₃⁻ est acide dans la seconde équation.

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Réponse attendue : B, C, E

A — Faux. La charge seule ne détermine pas le rôle : les deux équations fournies montrent un gain puis une perte possible de H⁺.
B — Vrai. Il reçoit H⁺ de H₃O⁺ et forme H₂CO₃ ; son rôle se détermine dans l'équation considérée.
C — Vrai. Dans chaque couple les deux écritures diffèrent d'un proton ; HCO₃⁻ appartient aux deux couples avec des rôles différents.
D — Faux. Ampholyte signifie capable de céder ou de capter un proton selon le partenaire ; aucun échange d'électron n'est requis.
E — Vrai. Il cède H⁺ à HO⁻, qui devient H₂O, et lui-même devient CO₃²⁻.

Méthode à retenir. Pour reconnaître un ampholyte, écris séparément les réactions où l'espèce gagne H⁺ et où elle le perd.

Question 4

Compléter une demi-équation

Un élève écrit le couple HSO₄⁻/SO₄²⁻ puis propose plusieurs relations formelles. Lesquelles conservent correctement les atomes et la charge ?

HSO₄⁻ ⇌ SO₄²⁻ + H⁻. SO₄²⁻ + 2 H⁺ ⇌ HSO₄⁻. SO₄²⁻ est l'acide tandis que HSO₄⁻ est sa base conjuguée. HSO₄⁻ ⇌ SO₄⁻ + H⁺. HSO₄⁻ ⇌ SO₄²⁻ + H⁺.

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Réponse attendue : E

A — Faux. Un transfert acide-base de Brønsted concerne H⁺. En outre, −2 − 1 = −3 à droite, contre −1 à gauche.
B — Faux. L'acide HSO₄⁻ ne possède qu'un proton de plus que SO₄²⁻ ; en ajouter deux ferait aussi passer la charge de −2 à 0.
C — Faux. L'espèce qui porte le proton supplémentaire est HSO₄⁻ : c'est l'acide ; SO₄²⁻ est la base conjuguée.
D — Faux. SO₄⁻ n'est pas la base conjuguée indiquée ; les charges à droite −1 + 1 = 0 ne reproduisent pas −1.
E — Vrai. À droite, les charges −2 + 1 = −1 et les atomes reproduisent l'ion hydrogénosulfate de gauche.

Méthode à retenir. Un couple acide/base diffère d'un H⁺ ; l'égalité du bilan de charge permet d'écarter des écritures séduisantes mais fausses.

Question 5

Deux demi-échanges à additionner

On veut construire la réaction entre HCOOH et NH₃ à partir de HCOOH ⇌ HCOO⁻ + H⁺ et NH₃ + H⁺ ⇌ NH₄⁺. Quelles démarches et conclusions sont correctes ?

La somme des charges reste nulle dans le bilan proposé. En additionnant puis simplifiant H⁺, on obtient HCOOH + NH₃ ⇌ HCOO⁻ + NH₄⁺. L'équation-bilan doit conserver H⁺ libre du côté des produits. On peut déduire du seul bilan que la conversion est nécessairement totale. HCOOH et HCOO⁻ sont conjugués.

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Réponse attendue : A, B, E

A — Vrai. Les réactifs sont neutres ; côté produits, −1 pour HCOO⁻ et +1 pour NH₄⁺ se compensent.
B — Vrai. Le H⁺ produit par l'acide est consommé par la base : il disparaît de l'équation-bilan après addition des deux relations.
C — Faux. Ce proton intermédiaire apparaît une fois de chaque côté des demi-échanges et se simplifie dans le bilan global.
D — Faux. Le bilan précise les espèces et la stœchiométrie, mais pas la composition finale ; il manque des données d'équilibre pour conclure.
E — Vrai. La formule de HCOO⁻ s'obtient en retirant un seul H⁺ de HCOOH, et non en retirant un électron.

Méthode à retenir. Additionne le transfert cédé et le transfert capté, puis simplifie H⁺ et contrôle l'égalité des charges.

Question 6

Lecture d'un schéma de Lewis

Le schéma de Lewis fourni pour NH₃ montre trois liaisons N–H et un doublet non liant sur N. On étudie sa réaction avec H⁺ pour former NH₄⁺. Quelles analyses sont exactes ?

Schéma de Lewis de NH3 avec trois liaisons simples N–H et un doublet non liant au-dessus de N. — Schéma de Lewis de l'ammoniac avant capture d'un proton.

NH₄⁺ est l'acide conjugué de NH₃. NH₄⁺ porte encore sur N un doublet non liant identique à celui du dessin de NH₃. Le doublet libre de N permet de représenter la formation d'une liaison avec H⁺. Le nombre d'atomes H passe de trois à quatre sur l'espèce azotée. Le proton H⁺ n'apporte aucun électron à NH₃.

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Réponse attendue : A, C, D, E

A — Vrai. Le gain de H⁺ transforme NH₃ en NH₄⁺ ; l'ion ammonium peut inversement céder ce proton dans un autre échange.
B — Faux. Le doublet initial sert à former la quatrième liaison N–H ; dans le Lewis usuel de NH₄⁺, N a quatre liaisons et pas ce doublet libre.
C — Vrai. Le proton ne possède pas d'électron ; le doublet disponible sur l'azote sert à représenter la nouvelle liaison N–H.
D — Vrai. L'addition d'un proton explique NH₃ → NH₄⁺ sans changement de l'atome central azote.
E — Vrai. H⁺ est un noyau d'hydrogène sans électron ; le doublet non liant déjà présent sur N sert à dessiner la nouvelle liaison.

Méthode à retenir. Le Lewis aide à localiser un site accepteur de H⁺ ; vérifie ensuite que les formules et les charges donnent un couple conjugué.

Question 7

Oxonium et hydroxyde

On réunit des ions H₃O⁺ et HO⁻ en solution aqueuse. Parmi les équations et interprétations proposées, lesquelles sont cohérentes ?

H₃O⁺/H₂O et H₂O/HO⁻ sont les couples en jeu. L'équation correcte doit faire apparaître un électron parmi les produits. H₃O⁺ capte H⁺ pour devenir H₂O. H₃O⁺ + HO⁻ → 2 H₂O conserve les atomes. La charge globale de l'équation proposée est conservée.

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Réponse attendue : A, D, E

A — Vrai. L'oxonium donne H₂O après perte de H⁺ ; l'hydroxyde devient H₂O après capture du même proton.
B — Faux. Il s'agit d'un échange de proton ; le bilan des charges est déjà satisfait sans électron, contrairement à une oxydoréduction.
C — Faux. Pour passer de H₃O⁺ à H₂O, l'oxonium cède H⁺ ; c'est l'ion HO⁻ qui reçoit ce proton.
D — Vrai. À gauche on compte quatre H et deux O au total, comme dans deux molécules d'eau à droite.
E — Vrai. Les charges +1 et −1 se compensent à gauche, et les deux molécules d'eau sont neutres à droite.

Méthode à retenir. Contrôle atomes et charges et identifie le donneur et le receveur de H⁺ ; l'eau apparaît dans les deux couples.

Question 8

Acide polyprotique

L'acide phosphorique peut céder successivement des protons : H₃PO₄ ⇌ H₂PO₄⁻ + H⁺ puis H₂PO₄⁻ ⇌ HPO₄²⁻ + H⁺. Que peut-on retenir de ces deux étapes ?

H₃PO₄ et HPO₄²⁻ sont directement conjugués dans un même couple. H₃PO₄/H₂PO₄⁻ est un couple acide-base. H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ forme un autre couple. H₂PO₄⁻ ne peut jouer que le rôle d'acide, jamais celui de base. À la première étape, la charge −1 apparaît parce qu'un électron est capté.

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Réponse attendue : B, C

A — Faux. Ils diffèrent de deux protons : il faut les deux étapes successives indiquées, chacune associée à son propre couple.
B — Vrai. Ces deux espèces diffèrent exactement d'un proton, la charge passant de 0 à −1 lorsque H⁺ est cédé.
C — Vrai. La seconde étape retire un proton à H₂PO₄⁻ ; la base conjuguée porte alors la charge −2.
D — Faux. Dans le sens inverse de la première étape, H₂PO₄⁻ capte H⁺ pour former H₃PO₄ ; il peut aussi céder H⁺ dans la seconde.
E — Faux. La charge change parce que la molécule neutre perd H⁺ ; aucun électron n'est échangé dans ce modèle.

Méthode à retenir. Pour un acide polyprotique, avance un proton à la fois ; deux espèces qui diffèrent de deux H⁺ ne constituent pas un couple unique.

Question 9

Retrouver une base conjuguée

Dans un brouillon, l'acide lactique est écrit CH₃–CH(OH)–COOH. Il cède le proton de son groupe carboxyle. Quelles représentations du transfert sont justes ?

Le couple peut s'écrire acide lactique/ion lactate. La charge de la base conjuguée est inférieure d'une unité à celle de l'acide. Céder H⁺ signifie perdre simultanément un proton et un neutron. Sa base conjuguée est CH₃–CH(OH)–COO⁻. La base conjuguée est CH₃–CH(O⁻)–COOH dans le transfert décrit.

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Réponse attendue : A, B, D

A — Vrai. L'ion lactate conserve le squelette carboné de l'acide lactique, avec un seul proton en moins sur le carboxyle.
B — Vrai. L'acide proposé est neutre et perd un ion H⁺ de charge +1 : l'espèce restante porte −1.
C — Faux. Un ion H⁺ est le proton transféré ; le squelette des autres atomes de la molécule reste inchangé dans l'écriture acide-base.
D — Vrai. La perte d'un H⁺ sur –COOH transforme ce groupe en –COO⁻ ; le groupe alcool –OH demeure présent.
E — Faux. Cette écriture enlève le proton de la fonction alcool ; le contexte précise au contraire une cession par –COOH.

Méthode à retenir. Dans une formule organique, repère quel groupe perd le proton annoncé, conserve le squelette puis ajuste la charge d'une unité.

Question 10

Rôle de l'eau selon la réaction

Deux équations sont proposées : HCl + H₂O → Cl⁻ + H₃O⁺ et NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + HO⁻. Quelles conclusions sur l'eau sont fondées ?

Ces deux rôles justifient que l'eau soit qualifiée d'ampholyte. Dans la première équation, H₂O cède un proton à HCl. Dans la seconde équation, H₂O capte un proton de NH₃. H₂O doit avoir toujours le même rôle parce que sa formule ne change pas au départ. Le second bilan échange des électrons tandis que le premier échange des protons.

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Réponse attendue : A

A — Vrai. Une même espèce peut être donneuse de H⁺ face à NH₃ et acceptrice face à HCl ; elle joue donc les deux rôles.
B — Faux. H₂O passe à H₃O⁺ : elle a gagné H⁺ fourni par HCl et agit comme base, non comme donneuse.
C — Faux. H₂O devient HO⁻ en perdant H⁺ ; NH₃ devient NH₄⁺ en le captant. L'eau agit ici comme acide.
D — Faux. Le rôle se lit par comparaison entre les réactifs et les produits de chaque transformation, et varie avec le partenaire.
E — Faux. Dans les deux bilans, les couples diffèrent par H⁺ ; aucun transfert d'électron n'est nécessaire pour les expliquer.

Méthode à retenir. Compare ce que devient H₂O dans chaque équation ; ampholyte décrit une possibilité de deux rôles, pas deux rôles simultanés obligatoires.

Question 11

Vérifier un bilan global

Une fiche propose H₂SO₄ + 2 NH₃ ⇌ 2 NH₄⁺ + SO₄²⁻ pour représenter deux transferts de protons. Quelles vérifications et limites sont exactes ?

NH₄⁺ et SO₄²⁻ sont les deux espèces d'un même couple. On peut décomposer formellement la cession en H₂SO₄/HSO₄⁻ puis HSO₄⁻/SO₄²⁻. La stœchiométrie prouve que la réaction atteint toujours exactement ces produits en toute solution. Le bilan global conserve la charge électrique. Deux protons sont transférés par molécule de H₂SO₄ dans ce bilan stœchiométrique.

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Réponse attendue : B, D, E

A — Faux. Un couple conjugue deux espèces partageant le même squelette et différant d'un proton ; ammonium et sulfate ne satisfont pas ce critère.
B — Vrai. Les deux pertes de protons s'écrivent en deux étapes de couples conjugués, chacune modifiant la charge d'une unité.
C — Faux. L'équation équilibrée donne les proportions pour le processus écrit ; la composition réellement atteinte dépend des conditions et de l'avancement.
D — Vrai. Les réactifs sont neutres ; les produits portent 2 × (+1) + (−2) = 0, donc la charge est équilibrée.
E — Vrai. Chaque NH₃ devient NH₄⁺ en gagnant un H⁺ et il y a deux NH₃ ; H₂SO₄ perd donc deux H⁺ au total.

Méthode à retenir. Un bilan peut être équilibré sans prouver un avancement total ; distingue stœchiométrie écrite et état final observé.

Question 12

Ions spectateurs

Une solution d'acide chlorhydrique apporte H₃O⁺ et Cl⁻, et une solution de soude apporte Na⁺ et HO⁻. On les mélange. Quelles écritures reflètent la réaction acide-base ?

L'équation ionique nette est H₃O⁺ + HO⁻ → 2 H₂O. Na⁺ reste un ion spectateur dans ce transfert de proton. La présence de Na⁺ et Cl⁻ ne change pas le bilan de charge de l'équation nette. On peut vérifier la conservation de H et O sans inclure les ions spectateurs. Cl⁻ capte nécessairement le proton pour donner HCl dans l'équation nette.

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Réponse attendue : A, B, C, D

A — Vrai. Na⁺ et Cl⁻ ne participent pas au transfert de proton considéré ; après simplification, il reste oxonium et hydroxyde.
B — Vrai. L'ion Na⁺ est présent dans la solution mais ne change ni de formule ni de charge dans l'équation ionique complète.
C — Vrai. Ces ions figurent des deux côtés d'une éventuelle équation ionique complète et se simplifient, sans modifier la conservation des charges.
D — Vrai. L'équation nette contient quatre H et deux O de chaque côté ; sa charge totale est également nulle.
E — Faux. Dans le processus entre les deux solutions donné ici, HO⁻ est l'accepteur de H⁺ ; Cl⁻ est ion spectateur.

Méthode à retenir. Dans une solution ionique, élimine seulement les ions qui ne changent pas et vérifie le bilan net de matière et de charge.

Question 13

Formules de couples proposées

Une élève souhaite associer des espèces en couples de Brønsted. Elle compare NH₄⁺, NH₃, H₃O⁺, H₂O, CO₃²⁻ et HCO₃⁻. Quelles associations sont effectivement conjuguées ?

H₂O/CO₃²⁻. HCO₃⁻/CO₃²⁻. NH₄⁺/NH₃. H₃O⁺/H₂O. NH₄⁺/H₃O⁺.

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Réponse attendue : B, C, D

A — Faux. Ces espèces diffèrent par davantage qu'un proton et n'ont pas le même squelette atomique ; aucune demi-équation acide/base ne les conjugue.
B — Vrai. HCO₃⁻ peut perdre un seul H⁺ pour former CO₃²⁻, en conservant C et les trois O.
C — Vrai. NH₄⁺ possède un proton de plus que NH₃, sans changement du squelette azoté ; c'est un couple acide/base.
D — Vrai. Retirer un proton H⁺ de H₃O⁺ donne H₂O ; la charge passe de +1 à zéro, ce qui convient.
E — Faux. Ces espèces portent certes une charge +1, mais leurs squelettes N et O diffèrent : elles ne sont pas conjuguées.

Méthode à retenir. Une charge identique ou un proton présent ne suffit pas : compare le squelette, puis retire exactement un H⁺.

Question 14

Ne pas déduire le sens

On dispose des couples CH₃COOH/CH₃COO⁻ et NH₄⁺/NH₃. Un élève propose CH₃COOH + NH₃ ⇌ CH₃COO⁻ + NH₄⁺ sans donnée d'équilibre. Quelles affirmations sont justifiées ?

NH₄⁺ pourrait céder H⁺ dans le sens inverse de l'écriture. L'absence de valeur de K permet d'affirmer un avancement final total. La charge des réactifs est −2 tandis que celle des produits est nulle. La réaction inverse violerait nécessairement la conservation de la charge. La proposition modélise un transfert possible de H⁺ de CH₃COOH vers NH₃.

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Réponse attendue : A, E

A — Vrai. NH₄⁺ est l'acide conjugué de NH₃ ; dans l'équation inverse, il serait donneur de proton à CH₃COO⁻.
B — Faux. Sans données sur les conditions ni l'équilibre, l'écriture du transfert ne permet pas de calculer les quantités finales.
C — Faux. CH₃COOH et NH₃ sont neutres ; les charges −1 de CH₃COO⁻ et +1 de NH₄⁺ se compensent aussi à droite.
D — Faux. Inverser une équation équilibrée conserve les mêmes atomes et charges ; la possibilité ou l'importance de ce sens est une autre question.
E — Vrai. L'acide éthanoïque perd H⁺ et l'ammoniac le reçoit, ce qui relie correctement les deux couples fournis.

Méthode à retenir. Écrire une réaction de couples et prévoir sa composition finale sont deux étapes distinctes ; ne conclus pas sur l'avancement sans données.

Question 15

Un bilan à reconstruire

On étudie un transfert de H⁺ de H₂PO₄⁻ vers HO⁻, sans supposer la transformation totale. Quelles propositions donnent une équation ou un raisonnement correct ?

H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ est le couple qui fournit le proton. Le produit phosphaté doit être PO₄³⁻ puisque HO⁻ enlève deux protons. La charge totale −2 se retrouve de chaque côté. H₂PO₄⁻ + HO⁻ ⇌ HPO₄²⁻ + H₂O conserve les éléments. HO⁻ joue le rôle d'acide en donnant son proton à H₂PO₄⁻.

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Réponse attendue : A, C, D

A — Vrai. La forme acide H₂PO₄⁻ perd H⁺ pour donner HPO₄²⁻ ; c'est le couple donneur du transfert décrit.
B — Faux. Un ion HO⁻ capte un H⁺ dans ce transfert et produit H₂O ; H₂PO₄⁻ devient HPO₄²⁻, pas directement PO₄³⁻.
C — Vrai. À gauche −1 + (−1) = −2 ; à droite HPO₄²⁻ porte −2 et H₂O est neutre.
D — Vrai. Un H passe de H₂PO₄⁻ vers HO⁻ ; il reste un H sur l'ion phosphate et l'hydroxyde devient eau.
E — Faux. Le produit H₂O possède un H supplémentaire par rapport à HO⁻ : HO⁻ a donc capté H⁺, rôle de base.

Méthode à retenir. Avant de choisir une formule produit, déplace un seul H⁺ et vérifie les charges sur l'équation complète.

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