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Terminale spécialité · Physique-chimie · Constitution et transformations de la matière · Chapitre 9

Force des acides et des bases

Fiche de cours4 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Le pH et l’autoprotolyse de l’eau

Définition. Le pH d’une solution aqueuse diluée est défini par pH=−log⁡[HX3OX+]c∘\mathrm{pH}=-\log\dfrac{[\ce{H3O+}]}{c^{\circ}}, soit [HX3OX+]=c∘×10−pH[\ce{H3O+}]=c^{\circ}\times 10^{-\mathrm{pH}}, où c∘=1 mol⋅L−1c^{\circ}={1\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}} est la concentration standard. Le pH est sans unité.

Définition. L’eau réagit sur elle-même — c’est l’autoprotolyse de l’eau — selon 2 HX2O(l)⇌HX3OX+(aq)+HOX−(aq)\ce{2 H2O(l) <=> H3O+(aq) + HO^-(aq)}, de constante d’équilibre appelée produit ionique de l’eau : Ke=[HX3OX+] [HOX−](c∘)2K_e=\dfrac{[\ce{H3O+}]\,[\ce{HO^-}]}{(c^{\circ})^{2}} et pKe=−log⁡Ke\mathrm{p}K_e=-\log K_e.

Propriété. À 25∘C{25{}^{\circ}\mathrm{C}}, Ke=1,0×10−14K_e={1{,}0\times10^{-14}} et pKe=14,0\mathrm{p}K_e=14{,}0, donc, en notant pOH=−log⁡[HOX−]c∘\mathrm{pOH}=-\log\frac{[\ce{HO^-}]}{c^{\circ}}, pH+pOH=14,0\mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14{,}0. La solution est acide si pH<7,0\mathrm{pH}<7{,}0, neutre si pH=7,0\mathrm{pH}=7{,}0, basique si pH>7,0\mathrm{pH}>7{,}0. KeK_e dépend de la température : à 37∘C{37{}^{\circ}\mathrm{C}}, Ke=2,4×10−14K_e={2{,}4\times10^{-14}} et une solution neutre a un pH de 6,86{,}8.

2Constante d’acidité d’un couple

Définition. À tout couple AH\ce{AH}/AX−\ce{A^-} est associée la réaction de l’acide avec l’eau, AH(aq)+HX2O(l)⇌AX−(aq)+HX3OX+(aq)\ce{AH(aq) + H2O(l) <=> A^-(aq) + H3O+(aq)}, de constante d’équilibre appelée constante d’acidité :

KA=[AX−] [HX3OX+][AH] c∘,pKA=−log⁡KA,KA=10−pKA.K_A=\frac{[\ce{A^-}]\,[\ce{H3O+}]}{[\ce{AH}]\,c^{\circ}},\qquad \mathrm{p}K_A=-\log K_A,\qquad K_A=10^{-\mathrm{p}K_A}.

KAK_A est sans unité et ne dépend que du couple et de la température ; la base conjuguée réagit selon AX−(aq)+HX2O(l)⇌AH(aq)+HOX−(aq)\ce{A^-(aq) + H2O(l) <=> AH(aq) + HO^-(aq)}, de constante Ke/KAK_e/K_A.

Propriété — comparaison des forces. Plus KAK_A est grand (plus pKA\mathrm{p}K_A est petit), plus l’acide est fort : il réagit davantage avec l’eau ; et plus sa base conjuguée est faible. L’acide peut être un ion (NHX4X+\ce{NH4+}/NHX3\ce{NH3}) ; l’ion HCOX3X−\ce{HCO3^-}, acide de HCOX3X−\ce{HCO3^-}/COX3X2−\ce{CO3^2-} et base de COX2\ce{CO2},HX2O\ce{H2O}/HCOX3X−\ce{HCO3^-}, est amphotère.

3Acides forts et bases fortes

Définition. Un acide fort réagit totalement avec l’eau (τ=1\tau=1, flèche simple) : pour une concentration apportée cc, [HX3OX+]=c[\ce{H3O+}]=c et pH=−log⁡cc∘\mathrm{pH}=-\log\frac{c}{c^{\circ}}. Une base forte libère totalement des ions hydroxyde : [HOX−]=c[\ce{HO^-}]=c et pH=14,0+log⁡cc∘\mathrm{pH}=14{,}0+\log\frac{c}{c^{\circ}} (à 25∘C{25{}^{\circ}\mathrm{C}}). Ainsi pH=2,3\mathrm{pH}=2{,}3 pour HCl\ce{HCl} à 5,0×10−3 mol⋅L−1{5{,}0\times10^{-3}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}, et pH=12,3\mathrm{pH}=12{,}3 pour la soude à 2,0×10−2 mol⋅L−1{2{,}0\times10^{-2}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}.

Remarque. Relations valables pour 1×10−6 mol⋅L−1≲c≲1×10−1 mol⋅L−1{1\times10^{-6}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}\lesssim c\lesssim {1\times10^{-1}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}} seulement : en dessous, l’autoprotolyse de l’eau n’est plus négligeable et le pH d’un acide, même très dilué, tend vers 7,07{,}0 sans jamais le dépasser. Acides forts usuels : HCl\ce{HCl}, HNOX3\ce{HNO3} ; base forte : NaOH\ce{NaOH} (soude) ; l’acide éthanoïque et l’ammoniac sont faibles.

4Acides faibles : taux d’avancement final

Définition. Un acide faible réagit partiellement avec l’eau (équilibre) : le taux d’avancement final vaut τ=xfxmax⁡=[HX3OX+]c<1\tau=\dfrac{x_f}{x_{\max}}=\dfrac{[\ce{H3O+}]}{c}<1.

Méthode — déterminer KAK_A à partir d’un pH. calculer h=[HX3OX+]h=[\ce{H3O+}] ; le tableau d’avancement en concentrations donne [AX−]=h[\ce{A^-}]=h et [AH]=c−h[\ce{AH}]=c-h, d’où KA=h2(c−h) c∘K_A=\dfrac{h^{2}}{(c-h)\,c^{\circ}}.

Propriété. La même relation s’écrit h2+KA h−KA c=0h^{2}+K_A\,h-K_A\,c=0 : hh est la racine positive de cette équation du second degré. Si h≪ch\ll c, alors h≃KA ch\simeq\sqrt{K_A\,c} et pH≃12(pKA−log⁡c)\mathrm{pH}\simeq\frac{1}{2}\left(\mathrm{p}K_A-\log c\right).

Remarque. Comparer deux acides par τ\tau n’a de sens qu’à même concentration apportée ; la comparaison par pKA\mathrm{p}K_A est toujours valable.

5Prédominance, distribution, tampon

Propriété — relation à connaître. En prenant le logarithme de l’expression de KAK_A :  pH=pKA+log⁡[AX−][AH]\ \mathrm{pH}=\mathrm{p}K_A+\log\dfrac{[\ce{A^-}]}{[\ce{AH}]}.

Définition. Le diagramme de prédominance partage l’axe des pH en pKA\mathrm{p}K_A : AH\ce{AH} prédomine si pH<pKA\mathrm{pH}<\mathrm{p}K_A, AX−\ce{A^-} si pH>pKA\mathrm{pH}>\mathrm{p}K_A, et [AH]=[AX−][\ce{AH}]=[\ce{A^-}] si pH=pKA\mathrm{pH}=\mathrm{p}K_A.

Définition. Le diagramme de distribution donne les pourcentages des deux formes en fonction du pH, à concentration totale constante : %(AH)=1001+10 pH−pKA\%(\ce{AH})=\dfrac{100}{1+10^{\,\mathrm{pH}-\mathrm{p}K_A}} et %(AX−)=1001+10 pKA−pH\%(\ce{A^-})=\dfrac{100}{1+10^{\,\mathrm{p}K_A-\mathrm{pH}}} ; les deux courbes se croisent à 50%{50\%} pour pH=pKA\mathrm{pH}=\mathrm{p}K_A.

Définition. Un indicateur coloré est un couple HIn\ce{HIn}/InX−\ce{In^-} dont les formes conjuguées ont des teintes différentes. Sa zone de virage entoure son pKA\mathrm{p}K_A (pKA±1\mathrm{p}K_A\pm1) ; en dehors, une seule teinte est visible. On le choisit pour que sa zone de virage encadre le pH à l’équivalence, et on n’en verse que quelques gouttes.

Définition. Une solution tampon contient un acide et sa base conjuguée en quantités voisines : son pH varie peu par ajout modéré d’acide ou de base, ou par dilution modérée ; le pouvoir tampon est maximal pour pH=pKA\mathrm{pH}=\mathrm{p}K_A.

Remarque. Un acide α\alpha-aminé, qui porte un groupe carboxyle et un groupe amino, possède deux couples et trois formes selon le pH, dont un zwitterion.

DonnéesValeurs de référence à 25∘C{25{}^{\circ}\mathrm{C}}

c∘=1 mol⋅L−1c^{\circ}={1\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}} ; Ke=1,0×10−14K_e={1{,}0\times10^{-14}}, pKe=14,0\mathrm{p}K_e=14{,}0. pKA\mathrm{p}K_A : HCOOH\ce{HCOOH}/HCOOX−\ce{HCOO^-} 3,83{,}8 • CHX3COOH\ce{CH3COOH}/CHX3COOX−\ce{CH3COO^-} 4,84{,}8 • COX2\ce{CO2},HX2O\ce{H2O}/HCOX3X−\ce{HCO3^-} 6,46{,}4 • HClO\ce{HClO}/ClOX−\ce{ClO^-} 7,57{,}5 • NHX4X+\ce{NH4+}/NHX3\ce{NH3} 9,29{,}2 • HCOX3X−\ce{HCO3^-}/COX3X2−\ce{CO3^2-} 10,310{,}3. Zones de virage : hélianthine 3,13{,}1–4,44{,}4 • bleu de bromothymol 6,06{,}0–7,67{,}6 • phénolphtaléine 8,28{,}2–10,010{,}0 (incolore/rose).

6Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Écrire la réaction d’un acide ou d’une base avec l’eau, associer au couple l’expression de KAK_A, exploiter KeK_e.
  • Calculer le pH d’un acide fort ou d’une base forte et discuter la validité de la relation.
  • Déterminer τ\tau et KAK_A d’un acide faible à partir d’un pH mesuré.
  • Comparer la force de deux acides par pKA\mathrm{p}K_A, ou par τ\tau à même concentration apportée.
  • Exploiter un diagramme de prédominance ou de distribution ; choisir un indicateur coloré.

7Exemples types

Exempleconstante d’acidité à partir d’un pH

Acide éthanoïque, c=1,0×10−2 mol⋅L−1c={1{,}0\times10^{-2}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}, pH=3,4\mathrm{pH}=3{,}4. Alors h=10−3,4=4,0×10−4 mol⋅L−1h=10^{-3,4}={4{,}0\times10^{-4}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}, donc τ=h/c=4,0×10−2\tau=h/c={4{,}0\times10^{-2}} : la réaction n’est pas totale (4%{4\%} de l’acide a réagi). Et KA=h2c−h=(4,0×10−4)29,6×10−3=1,7×10−5K_A=\dfrac{h^{2}}{c-h}=\dfrac{({4{,}0\times10^{-4}})^{2}}{{9{,}6\times10^{-3}}}={1{,}7\times10^{-5}}, soit pKA=4,8\mathrm{p}K_A=4{,}8.

Exempleprédominance et choix d’un indicateur

Couple CHX3COOH\ce{CH3COOH}/CHX3COOX−\ce{CH3COO^-} (pKA=4,8\mathrm{p}K_A=4{,}8) à pH=6,8\mathrm{pH}=6{,}8 : log⁡[CHX3COOX−][CHX3COOH]=2,0\log\frac{[\ce{CH3COO^-}]}{[\ce{CH3COOH}]}=2{,}0, donc le rapport vaut 100100 et l’ion éthanoate représente 99%{99\%} du couple. Pour le titrage de cet acide par la soude (pHE=8,8\mathrm{pH}_E=8{,}8), on choisit la phénolphtaléine : virage incolore →\rightarrow rose.

Pièges
  • Écrire pH=−log⁡c\mathrm{pH}=-\log c pour un acide faible : cette relation suppose la réaction totale.
  • Confondre « acide fort » et « solution concentrée » : la force dépend du couple, pas de la concentration.
  • Comparer deux τ\tau mesurés à des concentrations différentes : τ\tau augmente par dilution, seul pKA\mathrm{p}K_A classe sans condition.
  • Prendre pH=7,0\mathrm{pH}=7{,}0 comme frontière acide-base à toute température : c’est la neutralité à 25∘C{25{}^{\circ}\mathrm{C}} seulement.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

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Les bases : produit ionique de l’eau, constante d’acidité, acides et bases forts, acides faibles, diagrammes de prédominance et de distribution, indicateurs colorés

8 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 1 h 45calculatrice autorisée

  1. L’eau, à la fois acide et baseDifficulté 1 sur 3
  2. Réagir avec l’eauDifficulté 1 sur 3
  3. Acide fort, base forteDifficulté 1 sur 3
  4. Déterminer une constante d’aciditéDifficulté 2 sur 3
  5. Comparer la force de trois acidesDifficulté 2 sur 3
  6. Une échelle de pKA\mathrm{p}K_ADifficulté 2 sur 3
  7. Choisir un indicateur coloréDifficulté 2 sur 3
  8. Lire un diagramme de distributionDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Application : acide citrique d’une limonade, chlore d’une piscine, pH d’un acide faible en Python, ammoniac, eau minérale, solution tampon, vitamine C, zones de virage

8 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. L’acide citrique d’une limonadeDifficulté 2 sur 3
  2. Le chlore d’une piscineDifficulté 2 sur 3
  3. Python : le pH d’un acide faibleDifficulté 2 sur 3
  4. L’ammoniac d’un produit d’entretienDifficulté 2 sur 3
  5. Une eau minérale et le couple COX2\ce{CO2}/HCOX3X−\ce{HCO3^-}Difficulté 2 sur 3
  6. Préparer une solution tamponDifficulté 2 sur 3
  7. La vitamine C d’un compriméDifficulté 2 sur 3
  8. Zones de virage et courbe de titrageDifficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

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Produit ionique de l’eau, acides forts et bases fortes, constante d’acidité, taux d’avancement, diagramme de distribution, indicateurs colorés

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours5 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Le déboucheur et l’esprit de sel5 ptsDifficulté 1 sur 3
  3. L’aspirine5 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Diagramme de distribution de l’acide méthanoïque5 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

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Comparaison de deux acides, effet de la dilution, acide α\alpha-aminé et zwitterion, tampon hydrogénocarbonate du sang

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours4 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. Deux acides du monde vivant5 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. La glycine, un acide α\alpha-aminé6 ptsDifficulté 3 sur 3
  4. Le tampon hydrogénocarbonate du sang5 ptsDifficulté 3 sur 3
5

Approfondissement

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Équation du pH d’un acide faible et approximations, loi de dilution d’Ostwald, acide fort très dilué, diagramme de distribution, pouvoir tampon, point isoélectrique, problème ouvert, pKA\mathrm{p}K_A d’un indicateur par spectrophotométrie

8 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Le pH d’un acide faible : équation exacte et approximationDifficulté 3 sur 3
  2. Un acide fort très diluéDifficulté 3 sur 3
  3. La loi de dilution d’OstwaldDifficulté 3 sur 3
  4. Établir un diagramme de distributionDifficulté 3 sur 3
  5. Le pouvoir tamponDifficulté 3 sur 3
  6. Le point isoélectrique de l’alanineDifficulté 3 sur 3
  7. Problème ouvert : préparer un tamponDifficulté 3 sur 3
  8. Le pKA\mathrm{p}K_A d’un indicateur coloré par spectrophotométrieDifficulté 3 sur 3
6

Sujet type bac

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Deux exercices indépendants : l’acide benzoïque, conservateur des boissons ; l’acide phosphorique d’un cola

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée2 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. L’acide benzoïque, conservateur des boissons12 ptsDifficulté 3 sur 3
  2. L’acide phosphorique d’un cola8 ptsDifficulté 3 sur 3

Terminale · Physique-chimie : les 22 chapitres

  1. Transformations acide-base
  2. Analyse par des méthodes physiques
  3. Titrages
  4. Cinétique chimique
  5. Mécanismes réactionnels
  6. Radioactivité
  7. Sens d’évolution spontanée
  8. Piles
  9. Force des acides et des bases
  10. Électrolyse
  11. Stratégies en synthèse organique
  12. Décrire un mouvement
  13. Deuxième loi de Newton
  14. Mouvement dans un champ uniforme
  15. Mouvement dans un champ de gravitation
  16. Écoulement d’un fluide
  17. Gaz parfait et premier principe
  18. Transferts thermiques
  19. Sons et effet Doppler
  20. Diffraction et interférences
  21. Lunette astronomique et photons
  22. Dynamique du circuit RC