Connaitre les propriétés d'une solution tampon
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Citer les propriétés d’une solution tampon.
- Une solution tampon est constituée d’un mélange équimolaire d’un acide faible AH et de sa base conjuguée A–. Le pH d’une solution tampon est égal à la valeur du pKA du couple acide-base contenu dans cette solution.
- Le pH d’une solution tampon varie peu par ajout d’acide fort, de base forte et d’eau (dilution).
- Force d’un acide et d’une base (faible ou fort)
- Relation pH = pKA +
Un acide faible AH est un acide dont la réaction avec l’eau est limitée :
AH (aq) + H2O (l) A– (aq) + H3O+ (aq).
De même, une base faible A– réagit avec l’eau selon une réaction limitée :
A– (aq) + H2O (l) AH (aq) + HO– (aq).
Le pH d’une solution est relié au pKA d’un couple AH / A– par la relation suivante.
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avec :
|
Les concentrations en quantité de matière
de l’acide et de sa base conjuguée sont
ainsi égales : .
En utilisant la relation entre le pH et le
pKA
d’un couple AH / A–,
pH = pKA + , on obtient alors
pH = pKA + log(1)
car
.
Puisque log(1) = 0, on a donc pH = pKA.
On dispose d’une solution constituée par le couple acide éthanoïque/ion éthanoate CH3COOH / CH3COO–.
Dans cette solution, on a

À 25 °C, on mesure dans cette solution un pH égal à 4,76 qui est bien égal au pKA du couple CH3COOH / CH3COO– à cette température.
On reprend la solution tampon
CH3COOH / CH3COO–
qui a un pH égal à 4,76 à
25 °C : cette solution
contient à égale concentration
l’acide éthanoïque et sa base conjuguée,
l’ion éthanoate
.
On prélève 100 mL de cette solution tampon et on la place dans un bécher.
On lui fait subir les trois expériences suivantes.

Schéma de l’expérience
On dilue cette solution tampon par l’ajout progressif d’eau distillée.
Le pH-mètre indique une valeur constante du pH de la solution égal à 4,76.

Schéma des expériences
Dans l’expérience de gauche, on ajoute des petites quantités d’un acide fort dans la solution tampon, comme par exemple de l’acide chlorhydrique HCl, de concentration C = 0,50 mol·L–1.
Dans l’expérience de droite, on ajoute des petites quantités d’une base forte, comme par exemple de la soude NaOH, de concentration C = 0,50 mol·L–1.
Pour ces deux expériences, le pH-mètre indique une valeur constante du pH de la solution égal à 4,76.
L’effet tampon n’est pas valable lorsqu’on ajoute une petite quantité d’acide ou de base faible.
On utilise par exemple des solutions tampons pour étalonner un pH-mètre. L’étalonnage est effectué grâce à deux solutions tampons dont le pH est connu :
- une solution de pH = 4 et une solution de pH = 7 pour travailler avec des solutions acides ;
- une solution de pH = 7 et une solution de pH = 10 pour travailler en milieu basique.
Cette propriété « tampon » est aussi utilisée en biologie. Pour l’être humain, le pH du sang qui circule dans les artères (le sang artériel) est compris entre 7,38 et 7,42.
Pour maintenir le pH constant, divers couples sont utilisés afin d'exploiter l'effet tampon.
- Le couple H2PO
/ HPO
(de pKA = 7,2 à 37 °C).
- Le couple
CO2H2O / HCO
(de pKA = 6,1 à 37 °C).
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