Ions en solution : acide-base, pH, pK, tampons et complexation

01 · Pourquoi ce chapitre

pH, tampons et complexation gouvernent la spéciation des ions en solution : forme dosable d'un principe actif, stabilité d'une préparation, sélectivité d'un dosage. Ce sont les bases de toute la chimie analytique en milieu aqueux.

02 · Acide-base et pH

Selon Brønsted, un acide cède un proton, une base le capte : $\text{AH} \rightleftharpoons \text{A}^- + \text{H}^+$ , de constante $K_a$ ( $pK_a = -\log K_a$ ).

Acide fort : $pH = -\log C$ . Base forte : $pH = 14 + \log C$ .
Acide faible : $pH = \tfrac{1}{2}(pK_a - \log C)$ .
Base faible : $pH = 7 + \tfrac{1}{2}(pK_a + \log C)$ ( $pK_a$ du couple acide conjugué / base).
Un acide est d'autant plus fort que son $pK_a$ est bas.

03 · Tampons

Un tampon = mélange d'un acide faible et de sa base conjuguée ; il résiste aux variations de pH par ajout d'acide, de base ou par dilution.

pH = pK_a + \log\frac{[\text{base}]}{[\text{acide}]} \quad\text{(Henderson-Hasselbalch)}

04 · Complexation

Un complexe associe un cation métallique et un ligand. L'EDTA ( $Y^{4-}$ ) est un ligand hexadentate formant des complexes 1:1 très stables : $M^{n+} + Y^{4-} \rightleftharpoons MY^{(n-4)}$ , de constante de formation $\beta$ .

Comme $Y^{4-}$ est une base (polyacide), sa disponibilité dépend du pH : on raisonne sur une constante conditionnelle $\beta'$ qui augmente avec le pH.

05 · Piege classique

06 · À retenir

Acide faible : $pH = \tfrac{1}{2}(pK_a - \log C)$ ; à $pH = pK_a$ , formes à 50/50.
Tampon : $pH = pK_a + \log([\text{base}]/[\text{acide}])$ , efficace sur $pK_a \pm 1$ .
Pouvoir tampon maximal à $pH = pK_a$ .
EDTA : sélectivité pilotée par le pH via $\beta'$ conditionnelle.

QCM · épreuve 1

QCM

Q1. L'équation de Henderson-Hasselbalch s'écrit…

Q2. Le pouvoir tampon d'un couple est maximal lorsque…

Q3. Un dosage complexométrique par l'EDTA est d'autant plus sélectif que…

Exercices d'application · épreuve 2

Un tampon d'acide faible de pKa = 4,8, dans lequel le rapport base/acide vaut 10. Calculez le pH (Henderson-Hasselbalch).

Annales du concours sur ce thème

9 questions tombées au concours, portant sur ce chapitre. Voir toutes les annales →

QCM n°9 Décembre 2025

Parmi les propositions suivantes concernant les complexes solubles en solution aqueuse, laquelle est exacte ?

ALe ligand est constitué par l’ion complexé
BL’ion complexé est le plus souvent un anion
CLa charge du complexe n’est pas toujours égale à la charge de l’ion complexé
DUn complexe chargé est toujours monoligandé
EUn complexe monoligandé cyclisé sera moins stable qu'un complexe monoligandé linéaire

Exercice n°1 Décembre 2025

On dissout 8,20 g d'acétate de sodium dans un litre d'une solution aqueuse d'acide acétique 10"! M. On obtient la solution A. Données : masse molaire de CH,COONa : 82,0 g.mor* ; pKa du couple CH,COOH / CH4COO" : 4,75. · Questions : 1) Calculer le pH de la solution A. 2) Calculer la molarité de la solution A. 3) A 100 mL de la solution A, on ajoute 107% mole d'hydroxyde de sodium. Calculer la variation du pH, en négligeant la variation du volume. 4) On dispose d'une solution molaire d'acide chlorhydrique et d'une solution molaire d'hydroxyde de sodium. On veut préparer 500 mL d'une solution tampon acétique décimolaire de pH égal à 5,00 à partir d 5) Si l'on veut préparer une solution tampon acétique décimolaire de pH égal à 6,00, peut-on utiliser la solution A 2 Justifier.

Sujet complet et corrigé officiel → cng.sante.fr/annales

QCM n°52 Décembre 2024

Parmi les propositions suivantes concernant le caractère zwitterionique d'une fluoroquinolone à pH = 7,4, laquelle (lesquelles) est (sont) exacte(s) ?

ALa fluoroquinolone est électriquement neutre
BLa fluoroquinolone possède une charge positive et une charge négative
CLa fluoroquinolone migre sous l’effet d’un champ électrique
DLa fluoroquinolone peut former une paire d'ions avec un contre-ion cationique
ELa fluoroquinolone peut former une paire d’ions avec un contre-ion anionique

QCM n°60 Décembre 2022

Parmi les propositions suivantes concernant les complexes en solution aqueuse, lesquelles sont exactes ? La stabilité du complexe

AEst proportionnelle à la constante de dissociation
BAugmente avec la valence de l'ion complexé
CEst toujours indépendante du pH
DAugmente avec le nombre de ligands
EEst plus importante avec les ligands linéaires qu'avec les ligands cycliques

Exercice n°1 Décembre 2022

Une solution A est obtenue en additionnant dans une fiole jaugée de 500 mL : - 1,90 g de monohydrogénophosphate de sodium cristallisé, Na2HPO4,12 H2O (MM = 358 g.mol-1), - 50 mL d'une solution 0,150 M de dihydrogénophosphate de sodium, NaH2PO4 QSP 500 mL d'eau ultrapure. · Questions : 1) Quel est le pH de la solution A ? 2) Quelle est la molarité du tampon A ? 3) Quel volume d'hydroxyde de sodium molaire doit-on ajouter à la solution tampon A pour amener le pH à 7,40 ? La solution obtenue est la solution tampon B. 5 2021_EXO_R 4) Quelle est l'osmolarité de la solution B ? On négligera la variation de volume associée à l'addition d'hydroxyde de sodium. 5) Quelle masse de chlorure de sodium faut-il ajouter à 500 mL de la solution B pour obtenir une solution iso-osmotique au plasma à 300 mOsmol.L-1 ? La masse molaire de NaCl est de 58,5 g.mol – 1.

Sujet complet et corrigé officiel → cng.sante.fr/annales

QCM n°34 Décembre 2021

Parmi les propositions suivantes concernant l'anion HPO 4 2- en solution aqueuse, lesquelles sont exactes ?

AC'est une base
BC'est un ampholyte
CIl est titrable par une solution d'acide chlorhydrique en présence de phénolphtaléine comme indicateur coloré
DII est titrable par une solution d'hydroxyde de sodium
EII a un effet tampon au niveau urinaire

QCM n°4 Décembre 2020

On titre une solution molaire d'ammoniaque (pKa NH 4 + / NH 3 = 9,25) par une solution de HCI molaire. Parmi les propositions suivantes concernant le point d'équivaTence, laquelle est exacte ?

AIl se situe en milieu alcalin
BII peut être mis en évidence avec une électrode de platine
CII est mis en évidence par la phénolphtaléine (pKa phénolphtaléine = 9,00)
DII est mis en évidence par l'hélianthine (pKa hélianthine = 3,60)
EIl est mis en évidence par l'apparition d'un précipité

QCM n°5 Décembre 2017

On titre une solution molaire d'acide acétique (pKa = 4,75) par une solution d'hydroxyde de sodium. Quelle est la réponse exacte concernant le pH au point d'équivalence ?

A2,10
B4,75
C6,25
D7,00
ESupérieur à 7,00

QCM n°29 Décembre 2016

Quelles sont les propositions exactes concernant l'eau, H20, solvant dissociant ?

AElle est constituée de molécules polaires
BElle présente un caractère acide lorsqu'elle fixe des protons
CElle présente un caractère basique lorsqu'elle cède des protons
DElle a un pH = 1,0 quand la concentration en H30+ = 1 mol.L-1
EElle présente un caractère amphotère