Để giải quyết bài tập này, chúng ta sẽ làm từng phần một.
### (a) Tính pH của dung dịch $CH_3COOH~0,1~M$
$CH_3COOH$ là một acid yếu, phản ứng phân li của nó được biểu diễn như sau:
$CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-$
Đặt nồng độ ion H⁺ sinh ra là $x$ M. Khi đó:
- Nồng độ $CH_3COOH$ còn lại: $0,1 - x$
- Nồng độ $CH_3COO^-$: $x$
Áp dụng định luật cân bằng:
$K_a = \frac{[H^+][CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]} = 1,8 \times 10^{-5}$
Thay thế vào biểu thức:
$1,8 \times 10^{-5} = \frac{x \cdot x}{0,1 - x} \approx \frac{x^2}{0,1}$
Vì $K_a$ nhỏ, nên có thể bỏ qua $x$ trong $(0,1 - x)$.
Giải phương trình:
$x^2 = 1,8 \times 10^{-5} \times 0,1$
$x^2 = 1,8 \times 10^{-6}$
$x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}} \approx 1,34 \times 10^{-3} \text{ M}$
Do đó, nồng độ ion H⁺ là $1,34 \times 10^{-3} \text{ M}$.
Tính pH:
$pH = -\log[H^+] = -\log(1,34 \times 10^{-3}) \approx 2,87$
**Kết luận:** pH của dung dịch $CH_3COOH~0,1~M$ là khoảng **2,87**.
### (b) Viết phương trình thủy phân của ion $CH_3COO^-$ và cho biết môi trường của dung dịch $CH_3COONa$.
Ion $CH_3COO^-$ nhận proton từ nước:
$CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$
Phương trình trên cho thấy $CH_3COO^-$ có khả năng tạo ra ion $OH^-$, do đó dung dịch $CH_3COONa$ sẽ mang tính kiềm.
**Kết luận:** Dung dịch $CH_3COONa$ là môi trường **kiềm**.
### (c) Tính pH của dung dịch A khi cho 10 mL dung dịch NaOH 0,1 M vào 10 mL dung dịch $CH_3COOH$ 0,2 M.
Tính số mol của các chất:
- Số mol $CH_3COOH$ trong 10 mL $0,2~M$:
$n(CH_3COOH) = 0,2 \times 0,01 = 0,002~mol$
- Số mol NaOH trong 10 mL $0,1~M$:
$n(NaOH) = 0,1 \times 0,01 = 0,001~mol$
Khi NaOH phản ứng với $CH_3COOH$, phản ứng xảy ra theo tỉ lệ 1:1:
$CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
Số mol $CH_3COOH$ sau phản ứng:
$n(CH_3COOH)_{sau} = 0,002 - 0,001 = 0,001~mol$
Số mol $CH_3COO^-$ sinh ra:
$n(CH_3COO^-) = 0,001~mol$
Tổng thể tích dung dịch A = 10 mL + 10 mL = 20 mL = 0,02 L.
Nồng độ các ion trong dung dịch A:
- $[CH_3COOH] = \frac{0,001}{0,02} = 0,05~M$
- $[CH_3COO^-] = \frac{0,001}{0,02} = 0,05~M$
Vì $[CH_3COOH] = [CH_3COO^-]$, dung dịch A là một dung dịch đệm. Ta sử dụng công thức Henderson-Hasselbalch để tính pH:
$pH = pK_a + \log \left( \frac{[CH_3COO^-]}{[CH_3COOH]} \right)$
Tính $pK_a$:
$pK_a = -\log(1,8 \times 10^{-5}) \approx 4,74$
Do đó:
$pH = 4,74 + \log \left( \frac{0,05}{0,05} \right) = 4,74 + 0 = 4,74$
**Kết luận:** pH của dung dịch A là khoảng **4,74**.