Acides, bases et pH 3e : exercices corrigés (PDF)

Le citron pique la langue, la lessive glisse entre les doigts, et le flacon qui débouche l’évier porte un losange rouge : derrière ces trois produits, une même échelle, celle du pH. C’est un nombre sans unité, souvent compris entre 0 et 14, qui dit si une solution est acide, neutre ou basique. Il se relie à deux ions, l’ion hydrogène $\text{H}^+$ et l’ion hydroxyde $\text{OH}^-$ , et c’est lui qu’on surveille quand on dilue un produit ou quand un acide attaque un métal. Les trois premiers exercices vérifient que le cours est compris, sans calcul : deux quiz et un texte à trous, corrigés dès que tu valides. Les deux suivants se font au brouillon, avec un corrigé rédigé comme au tableau : classer six liquides de la vie courante avec leur pH, puis étudier le fer plongé dans l’acide chlorhydrique, comme en évaluation.

Le pH : une échelle, deux ions

Le pH est un nombre sans unité, souvent compris entre 0 et 14. Une solution est acide si son pH est inférieur à 7, neutre s’il vaut 7, basique s’il est supérieur à 7.

Les ions H⁺ et OH⁻

Une solution acide contient plus d’ions hydrogène H⁺ que d’ions hydroxyde OH⁻. Une solution basique contient plus d’ions OH⁻ que d’ions H⁺. Une solution neutre en contient autant.

Plus le pH est petit, plus la concentration en ions H⁺ est grande : il y en a plus dans un même volume.

Mesurer un pH

Le papier pH : on y dépose une goutte de solution et on compare sa couleur à l’échelle de teintes de la boîte. Il donne le pH à l’unité près.

Le pH-mètre : on plonge sa sonde dans la solution, il affiche le pH au dixième près.

Le pH n’a pas d’unité : on écrit « pH = 3,5 ».

Diluer

Ajouter de l’eau rapproche le pH de 7 : celui d’une solution acide augmente, celui d’une solution basique diminue.

Une solution acide diluée reste acide : son pH se rapproche de 7 sans le dépasser. Elle est moins corrosive.

Un acide sur un métal

L’acide chlorhydrique attaque certains métaux, comme le fer ou le zinc : le métal est consommé, du dihydrogène se dégage et des ions du métal passent dans la solution.

Des ions H⁺ sont consommés : le pH de la solution augmente.

La sécurité

Les solutions acides ou basiques concentrées sont corrosives : elles attaquent la peau, les yeux et certains métaux. On les manipule avec une blouse, des lunettes et des gants.

Pour diluer un acide concentré, on verse l’acide dans l’eau, peu à peu, et jamais l’eau dans l’acide.

La carte du chapitre : l’échelle de pH, les deux ions, la mesure, la dilution, l’action d’un acide sur un métal et les règles de sécurité.

Avant de te lancer : pour les exercices 4 et 5, cherche au brouillon avant d’ouvrir le corrigé : c’est en te trompant que tu progresses. Les exercices réussis se cochent au fur et à mesure, et la page retient où tu en es.

Exercice 3

Compléter le cours : pH, ions hydrogène et hydroxyde, dilution

★★★

Le cours en un texte à trous

Une solution est acide si son pH est , et basique s'il est supérieur à 7. Le pH est un nombre . Dans une solution basique, les ions les plus nombreux sont les ions . Plus le pH est petit, plus la concentration en ions H⁺ est . Quand on ajoute de l'eau à une solution acide, son pH . Les solutions acides ou basiques les plus corrosives ont un pH . Quand l'acide chlorhydrique attaque le fer, des bulles de se forment, et le pH de la solution , car des ions H⁺ sont consommés.

Exercice 4

Classer des solutions avec leur pH

★★★

Lire un relevé de pH, appliquer le cours

Au laboratoire, le professeur mesure au pH-mètre le pH de six liquides de la vie courante, et Sacha note les valeurs. Voici son relevé.

Liquide	pH mesuré
soda au cola	$2{,}5$
jus de pomme	$3{,}5$
eau minérale plate	$7{,}0$
eau de mer	$8{,}2$
ammoniaque ménagère	$11{,}5$
déboucheur de canalisations	$13{,}5$

Classer chacun des six liquides : acide, neutre ou basique. Justifier.
Parmi les liquides acides, lequel contient le plus d’ions hydrogène $\text{H}^+$ dans un même volume ? Justifier.
Dans quels liquides les ions hydroxyde $\text{OH}^-$ sont-ils plus nombreux que les ions $\text{H}^+$ ? Que peut-on dire de ces deux sortes d’ions dans l’eau minérale plate ?
Le flacon du déboucheur porte le pictogramme « corrosif ». Expliquer, à l’aide du relevé, pourquoi c’est, d’après son pH, le liquide le plus dangereux du tableau, puis citer deux équipements de protection pour le manipuler.
Sacha verse quelques gouttes de jus de pomme dans un grand verre d’eau minérale plate. Le pH du mélange peut-il valoir $3{,}0$ ? Peut-il valoir $8{,}0$ ? Entre quelles valeurs se trouve-t-il ?

Voir le corrigé

1. Pour classer une solution, on compare son pH à 7 : en dessous, elle est acide ; égal à 7, elle est neutre ; au-dessus, elle est basique.

Soda au cola : $2{,}5 < 7$ , il est acide.
Jus de pomme : $3{,}5 < 7$ , il est acide.
Eau minérale plate : son pH vaut $7{,}0$ , elle est neutre.
Eau de mer : $8{,}2 > 7$ , elle est basique.
Ammoniaque ménagère : $11{,}5 > 7$ , elle est basique.
Déboucheur de canalisations : $13{,}5 > 7$ , il est basique.

Les six liquides du relevé, placés sur l’échelle de pH.

2. Les deux liquides acides sont le soda au cola, de pH $2{,}5$ , et le jus de pomme, de pH $3{,}5$ . Plus le pH est petit, plus la concentration en ions $\text{H}^+$ est grande. Comme $2{,}5 < 3{,}5$ , c’est le soda au cola qui contient le plus d’ions $\text{H}^+$ dans un même volume : c’est le plus acide des deux.

3. Les ions hydroxyde $\text{OH}^-$ sont plus nombreux que les ions $\text{H}^+$ dans les solutions basiques, celles dont le pH est supérieur à 7 : l’eau de mer, l’ammoniaque ménagère et le déboucheur de canalisations. L’eau minérale plate, de pH $7{,}0$ , est neutre : elle contient autant d’ions $\text{H}^+$ que d’ions $\text{OH}^-$ .

4. Le déboucheur a le pH le plus grand du relevé, $13{,}5$ : c’est le liquide le plus basique, et son pH est le plus éloigné de 7 de tout le tableau. Les solutions très basiques, comme les solutions très acides, sont corrosives : elles attaquent la peau et les yeux. Pour le manipuler, on porte des lunettes de protection et des gants, avec une blouse.

5. Ajouter de l’eau à une solution acide rapproche son pH de 7 sans le dépasser. Le mélange reste donc acide, et il l’est moins que le jus de pomme : son pH est plus grand que $3{,}5$ et plus petit que $7{,}0$ .

$3{,}0$ est impossible : un pH plus petit que celui du jus de pomme correspondrait à un mélange plus acide que le jus lui-même, alors qu’on n’a ajouté que de l’eau.
$8{,}0$ est impossible : le mélange serait basique, alors qu’un ajout d’eau ne fait pas passer une solution acide de l’autre côté de 7.

Le pH du mélange est compris entre $3{,}5$ et $7{,}0$ .

Réflexe à retenir : pour classer une solution, écris la comparaison avec 7, par exemple « $8{,}2 > 7$ , donc l’eau de mer est basique ». La valeur et le 7 figurent dans la phrase.

Je l’ai réussi (ta coche reste enregistrée sur cet appareil)

Exercice 5

Action d'un acide sur un métal : le fer dans l'acide chlorhydrique

★★★

Type évaluation, avec une expérience, une banque de tests, une étiquette et une équation

En TP, Yanis étudie l’action de l’acide chlorhydrique dilué sur le fer.

Document 1 : l’expérience. Yanis mesure d’abord au pH-mètre le pH de l’acide chlorhydrique dilué : il trouve $1{,}0$ . Il place un peu de paille de fer au fond d’un tube à essais, puis il verse dessus $5\ \text{mL}$ de cet acide. Des bulles de gaz se forment aussitôt à la surface du fer. Peu à peu, la paille de fer diminue et la solution, d’abord incolore, devient vert pâle. À la fin, il ne se forme presque plus de bulles, il reste un peu de fer au fond du tube et le pH de la solution vaut $4{,}0$ . Yanis verse alors quelques gouttes de cette solution vert pâle dans un autre tube, puis il y ajoute quelques gouttes de soude, c’est-à-dire une solution d’hydroxyde de sodium : un précipité vert se forme. Un précipité est un solide qui apparaît au sein d’un liquide.

Au début
Acide incolore, de pH 1,0, versé sur la paille de fer : des bulles se forment.
À la fin
Solution vert pâle, de pH 4,0 ; il reste un peu de fer et presque plus de bulles.
Le test
Quelques gouttes de soude dans un peu de la solution vert pâle : un précipité vert se forme.

Le fer dans l’acide chlorhydrique dilué, puis le test à la soude.

Document 2 : la banque de tests des ions.

Ion	Couleur du précipité formé avec la soude
ion cuivre II $\text{Cu}^{2+}$	bleu
ion fer II $\text{Fe}^{2+}$	vert
ion fer III $\text{Fe}^{3+}$	orangé, couleur rouille
ion zinc $\text{Zn}^{2+}$	blanc

Document 3 : l’étiquette du flacon d’acide chlorhydrique dilué.

Acide chlorhydrique dilué

Attention

Peut être corrosif pour les métaux.

Conserver uniquement dans l’emballage d’origine.

L’étiquette du flacon d’acide chlorhydrique dilué du laboratoire.

Document 4 : l’équation de la réaction.

$\text{Fe} + 2\ \text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2$

Données : fer $\text{Fe}$ ; ion hydrogène $\text{H}^+$ ; ion fer II $\text{Fe}^{2+}$ ; dihydrogène $\text{H}_2$ . L’acide chlorhydrique contient des ions hydrogène $\text{H}^+$ et des ions chlorure $\text{Cl}^-$ ; les ions chlorure ne participent pas à la transformation.

Justifier, à l’aide du document 1, que la solution d’acide chlorhydrique est acide au début de l’expérience. Quels ions y sont plus nombreux que les ions hydroxyde $\text{OH}^-$ ?
À l’aide de l’équation de la réaction, nommer les réactifs et les produits de cette transformation. Quel gaz forme les bulles ?
Quel ion la solution vert pâle contient-elle à la fin ? Justifier à l’aide de la banque de tests.
Le pH est passé de $1{,}0$ à $4{,}0$ . La solution est-elle encore acide à la fin ? Contient-elle plus ou moins d’ions $\text{H}^+$ qu’au début, dans un même volume ?
Expliquer, à l’aide de l’équation de la réaction, pourquoi le pH a augmenté.
L’étiquette du flacon porte le pictogramme « corrosif » et la mention « Peut être corrosif pour les métaux ». Expliquer cette mention à l’aide de l’expérience, puis citer deux précautions à prendre pour manipuler cette solution.

Voir le corrigé

1. D’après le document 1, le pH de l’acide chlorhydrique vaut $1{,}0$ au début de l’expérience. Or une solution est acide quand son pH est inférieur à 7. Comme $1{,}0 < 7$ , la solution est acide. Dans une solution acide, ce sont les ions hydrogène $\text{H}^+$ qui sont plus nombreux que les ions hydroxyde $\text{OH}^-$ .

2. Dans une équation de réaction, les réactifs sont écrits à gauche de la flèche et les produits à droite.

Les réactifs sont le fer $\text{Fe}$ et les ions hydrogène $\text{H}^+$ .
Les produits sont les ions fer II $\text{Fe}^{2+}$ et le dihydrogène $\text{H}_2$ .

Les ions fer II restent dissous dans la solution. Le seul gaz parmi les produits est le dihydrogène : les bulles sont des bulles de dihydrogène.

3. D’après la banque de tests, un précipité vert formé avec la soude caractérise l’ion fer II. Yanis a obtenu un précipité vert : la solution contient des ions fer II $\text{Fe}^{2+}$ . C’est cohérent avec l’équation, qui compte ces ions parmi les produits de la transformation.

4. À la fin, le pH vaut $4{,}0$ , et $4{,}0 < 7$ : la solution est encore acide. Mais son pH a augmenté, et plus le pH est grand, plus la concentration en ions $\text{H}^+$ est petite. La solution contient donc moins d’ions $\text{H}^+$ qu’au début, dans un même volume.

5. Dans l’équation, les ions hydrogène $\text{H}^+$ sont écrits à gauche de la flèche : ce sont des réactifs. Ils sont donc consommés au cours de la transformation, en même temps que le fer. Il reste de moins en moins d’ions $\text{H}^+$ dans la solution : leur concentration diminue, et le pH augmente. L’équation de la réaction rend bien compte de l’augmentation du pH.

6. Dans l’expérience, l’acide chlorhydrique a attaqué la paille de fer : le fer, un métal, a été consommé et transformé en ions fer II. C’est le sens de la mention « Peut être corrosif pour les métaux » : cette solution attaque certains métaux. Le pictogramme « corrosif » est le même pour la peau et pour les métaux : c’est la mention écrite à côté qui précise le danger signalé. C’est sans doute aussi pour cela que l’étiquette demande de conserver l’acide dans son emballage d’origine : un récipient en métal pourrait être attaqué.

Pour la manipuler, on porte des lunettes de protection et des gants, avec une blouse : une projection d’acide dans les yeux ou sur la peau peut les irriter ou les brûler.

Réflexe à retenir : un pH qui augmente au cours d’une transformation signale des ions $\text{H}^+$ consommés. Pour le justifier, montre dans l’équation que les ions $\text{H}^+$ sont écrits du côté des réactifs.

Je l’ai réussi (ta coche reste enregistrée sur cet appareil)

Les trois réflexes à retenir

Compare le pH à 7, et écris la comparaison. « $8{,}2 > 7$ , donc l’eau de mer est basique » : une phrase suffit, à condition d’y faire figurer la valeur et le 7.
Plus le pH est petit, plus il y a d’ions $\text{H}^+$ dans un même volume. Un pH qui augmente signale donc des ions $\text{H}^+$ en moins : répartis dans plus d’eau quand on dilue, ou consommés par une transformation chimique, comme l’attaque d’un métal.
L’eau rapproche le pH de 7, sans le faire passer de l’autre côté. Une solution acide diluée reste acide. Et pour diluer un acide concentré, on verse l’acide dans l’eau, avec des lunettes et des gants.

Les ions $\text{H}^+$ et $\text{OH}^-$ sont des ions comme les autres : pour revoir ce qu’est un ion et comment se lit sa charge, les exercices sur les atomes, molécules et ions reprennent les bases. L’attaque d’un métal par un acide est une transformation chimique : réactifs, produits, équation et tests se travaillent aussi avec les exercices sur la transformation chimique. Et pour la dissolution et la solubilité, les exercices sur les solutions.

Exercices corrigés — Acides, bases et pH

Reconnaître une solution acide, neutre ou basique

Prévoir l'effet d'une dilution et lire un pictogramme de danger