Phương pháp giải một số dạng bài tập về sự điện li của nước, pH

Lý thuyết về sự điện li của nước và pH

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Nước là chất điện li rất yếu : H₂O   \(\rightleftharpoons \)   H⁺    +   OH^- 

Tích số ion của nước: =  [H⁺][OH^-]  =10^-14 M  (đo ở 25^oC)

Môi trường axit :   

[H⁺]  >  [OH^–]  hay [H⁺] > 1,0.10^–7M => pH < 7

Môi trường kiềm : 

[H⁺] <  [OH^–] hay  [H⁺] < 1,0.10^–7M. => pH > 7

Môi trường trung tính :  

[H⁺] = [OH^–] = 1,0.10^–7M. => pH = 7

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: 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.

Hướng dẫn giải chi tiết:

- Dung dịch có môi trường trung tính sẽ có p H = 7

Mặt khác muối có môi trường trung tính là muối của KL mạnh và gốc axit mạnh

Đáp án A

Ví dụ 2: Trong số các dung dịch : Na₂CO₃, KCl, CH₃COONa, NH₄Cl, NaHSO₄, C₆H₅ONa, những dung dịch có pH > 7 là :

A. Na₂CO₃, NH₄Cl, KCl.

B. Na₂CO₃, C₆H₅ONa, CH₃COONa.

C. NH₄Cl, CH₃COONa, NaHSO₄.

D. KCl, C₆H₅ONa, CH₃COONa.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Dung dịch có p H lớn hơn 7 là dung dịch khi thủy phân trong nước cho môi trường bazo

Mặt khác muối có môi trường bazo là muối của KL mạnh và gốc axit yếu.

A loại do KCl có môi trường trung tính

C loại do NaHSO₄ có môi trường axit

D loại do KCl có môi trường trung tính.

Đáp án B.

Ví dụ 3: Cho phản ứng :  

2NO₂  +  2NaOH → NaNO₂  +  NaNO₃  +  H₂O

Hấp thụ hết x mol NO₂ vào dung dịch chứa x mol NaOH thì dung dịch thu được có giá trị

A. pH = 7.              B. pH > 7.

C. pH = 0.              D. pH < 7.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n NO₂ = n NaOH

=> 2 chất trên phản ứng vừa đủ

Mặt khác, sau phản ứng sinh ra NaNO₃ có môi trường trung tính và NaNO₂ có môi trường bazo (do là muối của KL mạnh và axit yếu)

=> Sau phản ứng dung dịch thu được có môi trường bazo => pH > 7

Đáp án B.

Xác định pH của axit, bazo mạnh

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Tính số mol H+, OH- có trong dung dịch

- Nồng độ H+, OH- có trong dung dịch => pH

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: 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 chi tiết:

m HCl = 10 . 7,3% = 0,73 gam

=> n HCl = 0,73 : 36,5 = 0,02 mol

m H₂SO₄ = 20 . 4,9% = 0,98 gam

=> n H₂SO₄ = 0,98 : 98 = 0,01 mol

Ta có phương trình điện li như sau:

HCl →H⁺ + Cl^-

0,02    0,02

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

  0,01     0,02

=> n H+ = 0,02 + 0,02 = 0,04 (mol)

V dung dịch sau khi pha trộn là 100ml = 0,1 lít

=> [H+] = 0,04 : 0,1 = 0,4M

=> p H = -log[H+] = 0,4

Ví dụ 2: Hoà tan m gam Zn vào 200 ml dung dịch H₂SO₄ 0,4M thu được 1,568 lít khí hiđro và dung dịch X. Tính pH của dung dịch X?

Hướng dẫn giải chi tiết:

n H₂SO₄ = 0,4 . 0,2 = 0,08 (mol)

n H₂ = 1,568 : 22,4 = 0,07 (mol)

Ta có phương trình hóa học:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ (1)

(1) => n H₂SO₄ phản ứng = n H₂ = 0,07 mol

=> n H₂SO₄ dư = 0,08 – 0,07 = 0,01 mol

Ta có phương trình điện li:

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

0,01         0,02

=> [H+] = 0,02 : 0,2 = 0,1

=> pH = 1

Xác định pH của axit , bazo yếu

* Một số lưu ý cần nhớ:

- Viết phương trình điện li

- Dựa vào dữ kiện đề bài áp dụng công thức tính độ điện li và hằng số điện li axit, bazo Ka, Kb

Công thức tính độ điện li:

\(\alpha =\frac{C}{{{C}_{o}}}\) C: nồng độ chất điện li; Co nồng độ chất tan

Ta có phương trình điện li của axit;

HA         \(\rightleftharpoons \) A^-         +        H⁺   

\({{K}_{a}}=\frac{\left[ {{H}^{+}} \right]\left[ {{A}^{-}} \right]}{\left[ HA \right]}\)

=> Ka chỉ phụ thuộc vào bản chất của axit và nhiệt độ

Ta có phương trình điện li của bazo:

BOH \(\rightleftharpoons \) B⁺ + OH^-  

\({{K}_{b}}=\frac{\left[ {{B}^{+}} \right]\left[ O{{H}^{-}} \right]}{\left[ BOH \right]}\)

=> Kb chỉ phụ thuộc vào bản chất của bazo và nhiệt độ.

Ngoài ra, ta có thể áp dụng được công thức tính nhanh như sau: \(\alpha =\sqrt{\frac{{{K}_{a/b}}}{{{C}_{o}}}}\)

Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Giá trị pH của dung dịch axit fomic 1M (K_a = 1,77.10^-4) là :

A. 1,4.                B. 1,1.

C. 1,68.               D. 1,88.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Phương trình điện li :

 HCOOH  \(\rightleftharpoons \)HCOO^-+  H⁺ (1); \({{K}_{a}}=\frac{\left[ {{H}^{+}} \right]\left[ HCO{{O}^{-}} \right]}{\left[ HC\text{OO}H \right]}\)

bđ:          1

p.li         a.1                a.1         a.1

cb:         1– a           a           a

      Tại thời điểm cân bằng ta có :

            \({{K}_{a}}=\frac{\left[ {{H}^{+}} \right]\left[ {{A}^{-}} \right]}{\left[ HA \right]}=\frac{{{\alpha }^{2}}}{1-\alpha }=1,{{77.10}^{-4}}\)     (2)

=> \({{\alpha }^{2}}+1,{{77.10}^{-4}}\alpha -1,{{77.10}^{-4}}=0\Rightarrow \alpha =0,0132\)

      Theo (1) [H⁺] = a = 0,0132MpH = -lg[H⁺] = 1,88.

Đáp án D.

Ví dụ 2: Dung dịch CH₃COONa 0,1M (K_b = 5,71.10^-10) có [H⁺] là :

A. 7,56.10^-6 M.

B. 1,32.10^-9 M.

C. 6,57.10^-6 M.

D. 2,31.10^-9 M.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Phương trình điện li :

            CH₃COONa  →   CH₃COO^-   +   Na⁺

C_M :            0,1         →          0,1    

Phương trình phản ứng thủy phân :

     CH₃COO^-+H₂O \(\rightleftharpoons \)CH₃COOH+ OH^-

C_M : a.0,1                  →                     a . 0,1       

Ta có: \({{K}_{b}}=\frac{\left[ C{{H}_{3}}COOH \right]\left[ O{{H}^{-}} \right]}{\left[ C{{H}_{3}}C\text{O}{{\text{O}}^{-}} \right]}\)             

Sử dụng công thức \({{K}_{b}}={{\alpha }^{2}}{{C}_{o}}\) ta có :

\(\alpha =\sqrt{\frac{5,{{71.10}^{-10}}}{0,1}}=7,{{556.10}^{-5}}\Rightarrow \left[ O{{H}^{-}} \right]=\alpha {{C}_{o}}=7,{{556.10}^{-6}}\)

\(\left[ {{H}^{+}} \right]=\frac{{{10}^{-14}}}{7,{{556.10}^{-6}}}=1,{{32.10}^{-9}}M\)

Bài toán pha loãng dung dịch axit, bazo.

* Một số lưu ý cần nhớ

- Viết phương trình điện li

- Từ dữ kiện đề bài, tính lại thể tích dung dịch lúc sau

=> Thể tích nước cần thêm vào để thỏa mãn đề bài

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Phải thêm bao nhiêu ml dung dịch HCl 1M vào 90 ml nước để được dung dịch có pH = 1?

Hướng dẫn giải chi tiết:

pH = 1 => [H⁺] = 0,1M

Đặt thể tích dung dịch HCl 1M cần thêm vào là V (lít)

=> n_HCl = V mol

Sau khi trộn với 90 ml H₂O:

[H⁺] = C_{M HCl sau trộn} = \(\dfrac{V}{{V + 0,09}}\) = 0,1M

=> V = 0,01 lít = 10 ml

Ví dụ 2: Dung dịch HCl có pH=3. Hỏi phải pha loãng dung dịch HCl đó bằng nước bao nhiêu lần để được dung dịch HCl có pH = 4. Giải thích?

Hướng dẫn giải chi tiết:

Giả sử dung dịch HCl ban đầu có thể tích V₁ có pH = 3 => [H+] = 10^-3

Số mol H⁺ ban đầu là :V₁.10^-3 mol (1)

Gỉa sử thể tích H₂O cần thêm vào là V₂

Số mol H⁺ trong dung dịch pH= 4 là (V₁ + V₂ ).10^-4 (2)

Việc pha loãng dung dịch chỉ làm thay đổi nồng độ mol/l chứ không làm thay đổi số mol H+.

Vì vậy :  (V₁ + V₂ ).10^-4 = V₁.10^-3 

=> 9 V₁ = V₂

Vậy phải pha loãng dung dịch gấp 10 lần (nước thêm vào gấp 9 lần thể tích ban đầu)