Hoá học 11 Bài 3: Sự điện li của nước - pH và Chất chỉ thị axit-bazơ

a. Sự điện li của nước

- Nước là chất điện rất yếu.

- Phương trình điện li: H₂O ⇔ H⁺ + OH^-

b. Tích số ion của nước

- Ở 25^OC, hằng số KH₂O gọi là tích số ion của nước.

K_H2O = [H⁺]. [OH ^-]   = 10^-14

→ [H⁺] = [OH ^-] = 10^-7

- Nước là môi trường trung tính, nên môi trường trung tính là môi trường trong đó [H⁺] = [OH] = 10^-7 

c. Ý nghĩa tích số ion của nước

*Trong môi trường axit

Ví dụ: Tính [H⁺]  và [OH ^-]  của dung dịch HCl 10^-3 M.

HCl →      H⁺      + Cl^-

10^-3 M → 10^-3 M    

⇒ [H⁺] = [HCl] = 10^-3 M 

⇒ \([O{H^ - }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{[{H^ + }]}} = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 3}}}} = {10^{ - 11}}M\)

⇒ [H⁺] > [OH^-] hay [H⁺] >10^-7 M.

*Trong môi trường bazơ

Ví dụ: Tính [H⁺] và [OH^-] của dung dịch NaOH 10^-5 M

     NaOH → Na⁺ + OH^-

    10^-5 M  →         10^-5 M

⇒ [OH^-] = [NaOH] = 10^-5 M

⇒ \([{H^ + }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{[O{H^ - }]}} = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 5}}}} = {10^{ - 9}}M\)

⇒ [OH^-] > [H⁺]  

* Kết luận

Vậy [H⁺] là đại lượng đánh giá độ axít, độ bazơ của dung dịch.

Mt trung tính: [H⁺]  = 10^-7 M

Mt bazơ  :       [H⁺]  <10^-7 M

Mt axít:          [H⁺]  > 10^-7 M  

a. Khái niệm pH

Dung dịch được sử dụng nhiều thường có [H⁺]  trong khoảng 10 ^-1 à 10^-14 M. Để tránh ghi giá trị [H⁺]   với số mũ âm, người ta dùng pH.

Công thức: [H⁺]  = 10^-pH M  hay pH= -lg [H⁺]

Nếu [H⁺]   = 10^-a M  thì pH = a

Ví dụ: 

[H⁺]   = 10^-3 M ⇒ pH=3 môi trường axít

[H⁺] = 10^-11 M ⇒ pH = 11: môi trường bazơ

[H⁺]= 10^-7 M ⇒ pH = 7 :môi trường trung tính.

b. Chất chỉ thị Axit - bazơ

- Là chất có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch

- Ví dụ: Quỳ tím, phenolphtalein

Trộn 10g dung dịch HCl 7,3% với 20g dung dịch H₂SO₄ 4,9% rồi thêm nước để được 100ml dung dịch A. Tính pH của dung dịch A.

Hướng dẫn giải

Số mol HCl là n_HCl = 10.7,3/100.36,5 = 0,02 mol

Số mol H₂SO₄ là n_H2SO₄ = 20.4,9/100.98 = 0,01 mol

Phương trình điện li: HCl → H⁺ + Cl^-

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

Tổng số mol H⁺ là n_H⁺ = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol

C_M(H⁺) = 0,04/0,1 = 0,4 M => pH = 0,4

Hoà tan 1,07g NH₄Cl vào nước được 2 lít dung dịch X.

a. Tính pH của dung dịch X biết hằng số phân li bazơ của NH₃ là 1,8.10^-5.

b. Nếu thêm vào dung dịch X 100 ml dd HCl 0,01M được dd Y. Tính pH của dd Y?

Hướng dẫn giải

a. n_NH4Cl = 1,07/53,5 = 0,02 → C_M(NH₄Cl) = 0,02/2 = 0,01 M

Phương trình điện li:

NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^-

                  NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺

Ban đầu     0,01

Điện ly:        x          x            x

Sau điện li: 0,01-x    x           x

Kb = x²/(0,01-x) = 1,8.10^-5 → x = 4,24.10^-4 → pH = 3,37

b. Phương trình điện li:

                    HCl → H⁺ + Cl⁺

                    NH₄⁺  +   H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺

Ban đầu       0,01       0,001

Điện ly            x            x           x

Sau điện li: 0,01-x        x          x+0,001

Kb = (x.(x+0,001))/(0,01-x) = 1,8.10^-5 → x = 3,69.10^-4 → pH = 3,43

Bài 1: Cho 500 ml dung dịch X có các ion và nồng độ tương ứng như sau:

Na⁺ 0,6M ; SO₄^2- 0,3M ; NO₃^- 0,1M ; K⁺ aM.

a) Tính a?

b) Tính khối lượng chất rắn khan thu được khi cô cạn dung dịch X.

c) Nếu dung dịch X được tạo nên từ 2 muối thì 2 muối đó là muối nào? Tính khối lượng mỗi muối cần hòa tan vào nước để thu được 1 lít dung dịch có nồng độ mol của các ion như trong dung dịch X.

Hướng dẫn giải

a. Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 0,6.1 + a = 0,3.2 + 0,1.1 => a = 0,1

b. m = m_Na⁺ + m_K⁺ + m_NO3^- + m_SO4^2- = 0,3.23 + 0,05.39 + 0,05.62 + 0,15.96 = 26,35 g.

c. Dung dịch được tạo từ 2 muối là Na₂SO₄ và KNO₃

m_Na2SO4 = 142.0,3 = 42,6 gam; m_KNO3 = 0,1.101 = 10,1 gam.

Bài 2: Trong 2 lít dung dịch A chứa 0,2 mol Mg²⁺ ; x mol Fe³⁺ ; y mol Cl^- và 0,45 mol SO₄^2-. Cô cạn dung dịch X thu được 79 gam muối khan.

a) Tính giá trị của x và y?

b) Biết rằng để thu được A người ta đã hòa tan 2 muối vào nước. Tính nồng độ mol/lít của mỗi muối trong A.

Hướng dẫn giải

a. Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 2.0,2 + 3.x = 2.0,45 + y.1

→ 3x – y = 0,5 (1)

Cô cạn dung dịch được 79 gam muối khan: 0,2.24 + 56.x + 35,5.y + 0,45.96 = 79

⇔ 56x + 35,5y = 31 (2)

Từ (1),(2) ta có: x = 0,3 và y = 0,4.

b. Dung dịch A có 2 muối là: Fe₂(SO₄)₃ và MgCl₂

C_M(Fe₂(SO₄)₃) = 0,15 M; C_M(MgCl₂) = 0,2 M

Trộn 3 dung dịch H₂SO₄ 0,1M ; HNO₃ 0,2M ; HCl 0,3M với thể tích bằng nhau thu được dung dịch A . Lấy 300 ml dung dịch A tác dụng với dung dịch B gồm NaOH 0,2M và Ba(OH)₂ 0,1M. Tính thể tích dung dịch B cần dùng để sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch có pH = 1. Coi Ba(OH)₂ và H₂SO₄ phân li hoàn toàn ở 2 nấc.

Hướng dẫn giải

Sau khi trộn 3 dung dịch axit có thể tích bằng nhau ta thu được nồng độ mới của 3 axit là:

C_M(HCl) = 0,1 M; C_M(HNO₃) = 0,2/3; C_M(H₂SO₄) = 0,1/3

Trong 300 ml dung dịch A: n_HCl = 0,03 mol; : n_H2SO₄ = 0,01 mol; n_HNO3 = 0,02 mol

Phương trình điện li:

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

HCl → H⁺ + Cl^-

Tổng mol H⁺ là n_H⁺ = 0,07 mol

Gọi x là thể tích của dung dịch B cần dùng.

n_NaOH = 0,2x; n_Ba(OH)2 = 0,1x

Phương trình điện li:

NaOH → Na⁺ + OH^-

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

Tổng số mol OH^- là: n_OH^- = 0,4x

Ta có:          H⁺       +     OH^- → H₂O ( Sau phản ứng pH = 1 => dư axit)

Ban đầu:   0,07           0,4x

Pư:           0,4x            0,4x

Sau pư:     0.07-0,4x      0

(0,07-0,4x)/(x+0,3) = 0,1 → x= 0,08 lít

Câu 1: Cho 10 ml dung dịch X chứa HCl 1M và H₂SO₄ 0,5M. thể tích dung dịch NaOH 1M cần để trung hòa dung dịch X là?

Câu 2: Dung dịch A có chứa 5 ion :Mg²⁺ ,Ba²⁺ ,Ca²⁺ và 0,1 mol Cl^- và 0,2 mol NO₃ . Thêm dần V ml dung dịch K₂CO₃ 1M vào dung dịch A đến khi thu được lượng kết tủa lớn nhất. V có giá trị là?

Câu 3: Trộn 200 ml dung dịch gồm HCl 0,1M vá H₂SO₄ 0,15M với 300 ml dung dịch Ba(OH)₂ nồng độ aM, thu được m gam kết tủa và 500 ml dung dịch có pH = 1. Giá trị của a và m lần lượt là?

Câu 4: Cho 300 ml dung dịch chứa H₂SO₄ 0,1M, HNO₃ 0,2M và HCl 0,3 M tác dụng với V ml dung dịch NaOH 0,2 M và KOH 0,29M thu được dung dịch có pH = 2. Giá trị của V là?

Câu 5: Trộn V1 lít dung dịch H₂SO₄ có pH = 3 với 2 lít dung dịch NaOH có pH = 12, thu được dung dịch mới cố pH = 4. Tỉ số V1 : V2 có giá trị là?

Câu 1: Dung dịch có pH = 7 là:

A. NH₄Cl.          

B. CH₃COONa.

C. C₆H₅ONa.          

D. KClO₃.

Câu 2: Khi hòa tan trong nước, chất nào sau đây làm cho quỳ tím chuyển màu xanh ?

A. NaCl.          

B. NH₄Cl.

C. Na₂CO₃.          

D. FeCl₃.

Câu 3: Hãy cho biết dãy các dung dịch nào sau đây có khả năng đổi màu quỳ tím sang đỏ (hồng)?

A. CH₃COOH, HCl và BaCl₂.

B. NaOH, Na₂CO₃ và Na₂SO₃.

C. H₂SO₄, NaHCO₃ và AlCl₃.

D. NaHSO₄, HCl và AlCl₃.

Câu 4: Cho các dung dịch muối: Na₂CO₃ (1), NaNO₃ (2), NaNO₂ (3), NaCl (4), Na₂SO₄ (5), CH₃COONa (6), NH₄HSO₄ (7), Na₂S (8). Những dung dịch muối làm quỳ hoá xanh là:

A. (1), (2), (3), (4).          

B. (1), (3), (5), (6).

C. (1), (3), (6), (8).          

D. (2), (5), (6), (7).

Câu 5: Cho các muối sau đây: NaNO₃; K₂CO₃; CuSO₄; FeCl₃; AlCl₃; KCl. Các dung dịch có pH = 7 là:

A. NaNO₃; KCl.

B. K₂CO₃; CuSO₄; KCl.

C. CuSO₄; FeCl₃; AlCl₃.

D. NaNO₃; K₂CO₃; CuSO₄.

Sau bài học cần nắm:

• Khái niệm Tích số ion của nước, về pH, chất chỉ thị axit - bazơ
• Đánh giá độ axit và độ kiềm của các dung dịch theo nồng độ ion H⁺ và pH
• Xác định màu của một số chất chỉ thị trong khoảng pH khác nhau.