Chuyên đề Sự điện li của nước. pH. Chất chỉ thị axit-bazơ 2023 hay, chọn lọc

Chuyên đề Sự điện li của nước. pH. Chất chỉ thị axit-bazơ

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Nước là chất điện li rất yếu

a. Sự điện li của nước

Nước là chất điện rất yếu.

Phương trình điện li:  

b. Tích số ion của nước

Ở , hằng số $K_{H_{2}O}$ gọi là tích số ion của nước.

 là hằng số cân bằng ở nhiệt độ xác định gọi là tích số ion của nước.

 $K_{H_{2}O}=\left[H^{+}\right].\left[O{H}^{-}\right]={10}^{-14}$

 $\to \left[H^{+}\right]=\left[O{H}^{-}\right]={10}^{-7}$

 Ở $25°C$ :  $K_{H_{2}O}={10}^{-14}$

Nước là môi trường trung tính, nên môi trường trung tính là môi trường trong đó .$\left[H^{+}\right]=\left[O{H}^{-}\right]={10}^{-7}$

c. Ý nghĩa tích số ion của nước

Ÿ Trong môi trường axit:

Môi trường axit:  $\left[H^{+}\right]>{10}^{-7}M$

Ví dụ: Tính $\left[H^{+}\right]$  và $\left[O{H}^{-}\right]$  của dung dịch HCl ${10}^{-3}M$ .

Phương trình điện li

             $HCl\to H^{+}+C{l}^{-}$

              ${10}^{-3}\to {10}^{-3}$              M

 $\to \left[H^{+}\right]={10}^{-3}$

.$\to \left[O{H}^{-}\right]=\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-3}}={10}^{-11}M$

Ÿ Trong môi trường bazơ:

Môi trường bazơ:  $\left[H^{+}\right]<{10}^{-7}M$

Ví dụ: Tính $\left[H^{+}\right]$  và $\left[O{H}^{-}\right]$  của dung dịch NaOH ${10}^{-5}M$ .

Phương trình điện li:

        $NaOH\to N{a}^{+}+O{H}^{-}$

         ${10}^{-5}\to {10}^{-5}$     M

 $\to \left[O{H}^{-}\right]={10}^{-5}M$

 $\to \left[H^{+}\right]=\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-5}}={10}^{-9}M$

$\to \left[O{H}^{-}\right]>\left[H^{+}\right]$ hay  $\left[H^{+}\right]<{10}^{-7}M.$

Vậy $\left[H^{+}\right]$  là đại lượng đánh giá độ axit, độ bazơ của dung dịch.

Môi trường trung tính:  $\left[H^{+}\right]={10}^{-7}M$

Môi trường bazơ:         $\left[H^{+}\right]<{10}^{-7}M$

Môi trường axit:           $\left[H^{-}\right]>{10}^{-7}M$

2. Khái niệm về pH, chất chỉ thị axit – bazơ

a. Khái niệm pH

$\left[H^{+}\right]={10}^{-pH}M$ hay  $pH=-lg\left[H^{+}\right]$

Nếu  $\left[H^{+}\right]={10}^{-a}M\to pH=a$

Để tránh ghi giá trị $\left[H^{+}\right]$  với số mũ âm, người ta dùng pH.

Ví dụ:

$\left[H^{+}\right]={10}^{-3}M\to pH=3:$ : môi trường axit.

$\left[H^{+}\right]={10}^{-11}M\to pH=11$ : môi trường bazơ.

$\left[H^{+}\right]={10}^{-7}M\to pH=7$ : 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 tìm, phenolphtalein, chỉ thị vạn năng. Những chất như quỳ tím, phenolphtalenin có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch là chất chỉ thị axit-bazơ.

II. CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Bài tâp lí thuyết định tính

Kiểu hỏi 1: Nhận biết dung dịch có tính axit, bazơ, trung tính

Phương pháp giải

Ÿ Môi trường axit:  $\left\{\begin{array}{l}pH<7\\ \left[H^{+}\right]>{10}^{-7}M;\left[O{H}^{-}\right]<{10}^{-7}M\end{array}\right.$

Ÿ Môi trường bazơ:  $\left\{\begin{array}{l}pH>7\\ \left[H^{+}\right]<{10}^{-7}M;\left[O{H}^{-}\right]>{10}^{-7}M\end{array}\right.$

Ÿ Môi trường trung tính  $pH=7.$

Ví dụ: Cho các dung dịch: H₂SO₄, NH₃, KNO₃, KOH, Ba(NO₃)₂, Ca(OH)₂, NaCl. Số dung dịch có $pH>7$  là

A. 2.                              B. 3.

C. 4.                              D. 5.

Hướng dẫn giải

H₂SO₄ là axit mạnh, có môi trường axit nên  $pH<7$

NH₃, KOH, Ca(OH)₂ là các bazơ, có môi trường bazơ nên  $pH>7$

KNO₃, Ba(NO₃)₂, NaCl là các muối trung hòa, có môi trường trung tính nên  $pH=7$

 Chọn B.

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Cho các dung dịch: Na₂SO₄, HCl, KNO₃, NaOH, Cu(NO₃)₂, Ca(OH)₂, KCl.

Số dung dịch có pH > 7 là

A. 2.                              B. 4.

C. 3.                              D. 5.

Hướng dẫn giải

HCl là axit mạnh, có môi trường axit nên pH < 7

NaOH, Ca(OH)₂ là các bazơ mạnh, có môi trường bazơ nên pH > 7

Na₂SO₄, KNO₃, KCl là các muối trung hòa, có môi trường trung tính nên pH = 7

Vậy có 2 dung dịch có pH > 7

 Chọn A.

Kiểu hỏi 2: So sánh pH của các dung dịch

Phương pháp giải

Ÿ Axit: pH < 7

Axit càng mạnh pH càng nhỏ.

Axit càng yếu pH càng lớn.

Ÿ Muối trung tính: pH = 7

Ÿ Bazơ: pH > 7

Bazơ càng mạnh pH càng lớn.

Bazơ càng yếu pH càng nhỏ.

Ví dụ: Cho các dung dịch có cùng nồng độ mol sau:

HNO₃, NaCl, NH₃, CH₃COOH, KOH. Dãy sắp xếp các dung dịch theo thứ tự pH tăng dần là:

A. HNO₃, CH₃COOH, NH₃, NaCl, KOH.            

B. HNO₃, NH₃, NaCl, CH₃COOH, KOH.             

C. HNO₃, NaCl, NH₃, CH₃COOH, KOH.            

D. HNO₃, CH₃COOH, NaCl, NH₃, KOH.

Hướng dẫn giải

Nhận thấy:

HNO₃: axit mạnh.

CH₃COOH: axit yếu.

NaCl: muối có môi trường trung tính.

NH₃: bazơ yếu.

KOH: bazơ mạnh.

Vậy dãy sắp xếp theo thứ tự pH tăng dần là:

HNO₃, CH₃COOH, NaCl, NH₃, KOH.

 Chọn D.

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Cho các dung dịch có cùng nồng độ mol sau: H₂SO₄, NH₃, KNO₃, KOH, Ba(NO₃)₂, NaCl, CH₃COOH. Dãy sắp xếp các dung dịch theo thứ tự pH giảm dần là:

A. H₂SO₄, NH₃, KNO₃, KOH, Ba(NO₃)₂.             

B. NH₃, KNO₃, KOH, Ba(NO₃)₂, NaCl.               

C. KOH, NH₃, NaCl, CH₃COOH, H₂SO₄.            

D. KNO₃, KOH, Ba(NO₃)₂, NaCl, CH₃COOH.

Hướng dẫn giải

Nhận thấy:

H­₂SO₄: axit mạnh.

CH₃COOH: axit yếu.

NaCl, Ba(NO₃)₂: muối có môi trường trung tính.

NH₃: bazơ yếu.

KOH: bazơ mạnh.

Vậy dãy sắp xếp theo thứ tự pH giảm dần là:

KOH, NH₃, NaCl, CH₃COOH, H₂SO₄.

 Chọn C.

III. Bài tập tự luyện dạng 1

Câu 1: Công thức nào sau đây sai?

A.  $pH=\log \left[H^{+}\right].$                                                 B. $pH+pOH=14.$           

C.  $\left[H^{+}\right].\left[O{H}^{-}\right]={10}^{-14}.$                                      D.  $\left[H^{+}\right]={10}^{-a}\iff pH=a.$

Câu 2: Ba dung dịch axit sau có cùng nồng độ mol: HCl, H₂SO₄, CH₃COOH. Dãy sắp xếp giá trị pH của dung dịch theo thứ tự tăng dần là

A. HCl, H₂SO₄, CH₃COOH.                                  B. CH₃COOH, HCl, H₂SO₄.

C. H₂SO₄, HCl, CH₃COOH.                                  D. HCl, CH₃COOH, H₂SO₄.

Câu 3: Dung dịch CH₃COOH 0,1M có  và dung dịch HCl 0,1M có  Phát biểu đúng là

A. a < b = 1                 B. a > b = 1

C. a = b = 1                 D. a = b > 1

Câu 4: Dung dịch có $pH=7$  là

A. Ba(OH)₂.                 B. HClO₄.

C. HF.                           D. KNO₃.

Dạng 2: Tính pH của dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh

Phương pháp giải

Bước 1: Tính số mol các chất ban đầu.

Bước 2: Viết phương trình điện li (hoặc phương trình phản ứng).

Bước 3: Từ số mol các chất ban đầu và dựa vào phương trình điện li, tính tổng số mol $H^{+}$  $\left(O{H}^{-}\right)$ , sau đó tính nồng độ  $H^{+}\left(O{H}^{-}\right).$

Chú ý: Tính lại thể tích dung dịch sau khi trộn (hoặc sau phản ứng).

Nếu đề bài đã cho thì bỏ qua bước này.

Bước 4: Tính pH của dung dịch theo công thức

 $pH=-lg\left[H^{+}\right]$

 $\left.\begin{array}{l}pOH=-lg\left[O{H}^{-}\right]\\ pH=14-pOH\end{array}\right\}pH=14+lg\left[O{H}^{-}\right]$

Ví dụ: Hòa tan hoàn toàn 20 ml dung dịch HCl 0,05M vào 20 ml dung dịch H₂SO₄ 0,075M. Tính pH của dung dịch mới biết không có sự hao hụt thể tích khi pha trộn.

Hướng dẫn giải

 $n_{HCl}=0,001mol;n_{H_{2}S{O}_4}=0,0015mol$

Phương trình điện li:

             $HCl\to H^{+}+C{l}^{-}$

             $H_{2}S{O}_4\to 2H^{+}+S{O}_4^{2-}$

 $\to n_{H^{+}}=n_{HCl}+2n_{H_{2}S{O}_4}$

 $=0,001+0,0015.2=0,004mol$

Thể tích dung dịch sau khi trộn bằng:

 $V=20+20=40ml=0,04$ lít

 $\to \left[H^{+}\right]=\frac{0,004}{0,04}=0,1M$

$\to pH=-lg\left[H^{+}\right]=1\underset{x\to \infty }{\lim }$ 

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Hòa tan 4,9 gam H₂SO₄ vào nước thu được 1 lít dung dịch. Tính pH của dung dịch thu được.

Hướng dẫn giải

 $n_{H_{2}S{O}_4}=0,05mol\to C_{M\left(H_{2}S{O}_4\right)}=\frac{0,05}{1}=0,05M$

Phương trình điện li:  $H_{2}S{O}_4\to 2H^{+}+S{O}_4^{2-}$

                                      $0,05\to 0,1$            M

 $\to \left[H^{+}\right]=0,1M$

 $\to pH=-lg\left[H^{+}\right]=1$

Ví dụ 2: Trộn 100 ml dung dịch H₂SO₄ 0,1M với 150 ml dung dịch NaOH 0,2M. Tính pH của dung dịch tạo thành.

Hướng dẫn giải

 $n_{H_{2}S{O}_4}=0,01mol;n_{NaOH}=0,03mol$

Phương trình hóa học:

                                     $H_{2}S{O}_4+2NaOH\to N{a}_{2}S{O}_4+2H_{2}O$

Ban đầu:                           $0,010,03$                                              mol

Phản ứng:                         $0,01\to 0,02\to 0,01\to 0,02$               mol

Sau phản ứng:                 $00,010,01 0,02$                 mol

Thể tích dung dịch sau phản ứng bằng: $100+150=250ml=0,25$  lít

Ta có:  $\left[O{H}^{-}\right]=\frac{0,01}{0,25}=0,04M$

 $\to pOH=-lg\left[O{H}^{-}\right]\approx 1,4$

 $\to pH=14-1,4=12,6$

IV. Bài tập tự luyện dạng 2

Bài tập cơ bản

Câu 1: Dung dịch H₂SO₄ 0,005M có

A. $pH=2.$                     B.    $pH<1.$

C. $pH>1.$                      D.  $\left[H^{+}\right]>2,0M.$

Câu 2: pH của hỗn hợp dung dịch HCl 0,0050M và H₂SO₄ 0,0025M là

A. 3.                              B. 2.

C. 4.                              D. 12.

Câu 3: Số ml dung dịch NaOH có $pH=12$  cần để trung hòa 10 ml dung dịch HCl có  là

A. 12 ml.                       B. 10 ml.

C. 100 ml.                     D. 1 ml.

Câu 4: Một dung dịch có $pH=4$  thì nồng độ mol của ion $H^{+}$  là

A. 0,2M.                       B. 4,0M.

C. 0,4M.                       D.  $1,{0.10}^{-4}M.$

Câu 5: Một dung dịch có pH của dung dịch là

A. 3,000.                       B. 4,000.

C. 0,003.                       D. 0,001.

Bài tập nâng cao

Câu 6: Trong các dung dịch chứa H₂SO₄ 0,1M, HNO₃ 0,2M và HCl 0,3M với các thể tích bằng nhau, thu được 300 ml dung dịch A. Cho dung dịch A thu được tác dụng với V ml dung dịch NaOH 0,2M và KOH 0,29M thu được dung dịch có $pH=2.$  Giá trị của V là

A. 169.                          B. 147.

C. 134.                          D. 414.

Câu 7: Trộn 100 ml dung dịch có $pH=1$  gồm HCl và HNO₃ với 100 ml dung dịch NaOH nồng độ a mol/l thu được 200 ml dung dịch có $pH=12$  Giá trị của a là

A. 0,03.                         B. 0,30.

C. 0,15.                         D. 0,12.

Câu 8: Hòa tan 3,66 gam hỗn hợp Na, Ba vào nước dư thu được 800 ml dung dịch A và 0,896 lít H₂ (đktc). pH của dung dịch A là

A. 3.                              B. 12

C. 1.                              D. 13.

Câu 9: Cho 10 ml dung dịch HCl có pH = 3. Cần thêm vào dung dịch này bao nhiêu ml nước để thu được dung dịch có pH = 4?

A. 1 ml.                         B. 90 ml.

C. 10 ml.                       D. 100 ml.

Dạng 3: Nhận biết dung dịch bằng chỉ thị axit – bazơ

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Chỉ dùng một thuốc thử nhận biết các dung dịch mất nhãn sau: H₂SO₄, KCl, Na₂SO₄, HNO₃, Ba(OH)₂.

Hướng dẫn giải

Dùng quỳ tím:

Na₂SO₄, KCl: Muối trung tính nên quỳ tím không đổi màu.

H­₂SO₄, HNO₃: Axit nên quỳ tím đổi màu đỏ.

Ba(OH)₂: Bazơ nên quỳ tím đổi màu xanh.

Dùng Ba(OH)₂ nhận biết các dung dịch còn lại.

	H2SO4	HNO3	Na2SO4	KCl
Ba(OH)2	$\downarrow$trắng	Không hiện tượng	$\downarrow$trắng	Không hiện tượng

Phương trình hóa học:

 $Ba{\left(OH\right)}_2+H_{2}S{O}_4\to BaS{O}_4\downarrow +2H_{2}O$

 $Ba{\left(OH\right)}_2+2HN{O}_3\to Ba{\left(N{O}_3\right)}_2+2H_{2}O$

 $Ba{\left(OH\right)}_2+N{a}_{2}S{O}_4\to BaS{O}_4\downarrow +2NaOH$

V. Bài tập tự luyện dạng 3

Câu 1: Bằng phương pháp hóa học, hãy nhận biết các dung dịch sau: NaOH, HNO₃, KCl.

Câu 2: Chỉ dùng thêm một thuốc thử, hãy nhận biết các dung dịch không màu đựng trong các lọ mất nhãn sau: H₂SO₄, HCl, Ba(OH)₂, KOH, NaCl.

Đáp án và lời giải

Dạng 1: Bài tập lí thuyết định tính

1 – A

2 – C

3 – B

4 – D

Dạng 2: Tính pH của dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh

Câu 1: Chọn A.

Câu 2: Chọn B.

Câu 3: Chọn C.

$\sum \left[H^{+}\right]=0,01M\to pH=-lg\left(0,01\right)=2$

Lại có:  $\left[O{H}^{-}\right]=0,01\to V_{NaOH}=100ml$

Câu 4: Chọn D.

Câu 5: Chọn A.

Câu 6: Chọn C.

Coi 300 ml dung dịch A gồm 100 ml H₂SO₄ 0,1M 100 ml HNO₃ 0,2M và 100 ml HCl 0,3M trộn lại với nhau.

 $\to \sum n_{H^{+}}=0,07mol$

 $\sum n_{O{H}^{-}}=0,2.0,001V+0,29.0,001V=0,49.0,001V$mol

Ta có:  ${\left[H^{+}\right]}_{dö}=0,01M\to n_{H^{+}dö}=0,01\left(0,3+0,001V\right)$

Lại có: $n_{H^{+}dö}=n_{H^{+}}-n_{O{H}^{-}}\to V=134$  ml

Câu 7: Chọn D.

Dung dịch axit ban đầu có  $pH=1\to \sum n_{H^{+}}=0,01mol$

Dung dịch sau phản ứng có $pH=12$  nên bazơ dư và  $n_{O{H}^{-}dö}=0,002mol$

Ta có:  $n_{NaOH}=n_{O{H}^{-}phaûnöùng}+n_{O{H}^{-}dö}=0,012mol\to a=0,12M$

Câu 8: Chọn D.

 $n_{H_2}=0,04mol$

Gọi số mol của Na và Ba lần lượt là x, y mol.

Dựa vào khối lượng hỗn hợp và số mol H₂, ta có:  $\left\{\begin{array}{l}23\text{x}+137y=3,66\\ 0,5\text{x}+y=0,4\end{array}\right.\to \left\{\begin{array}{l}x=0,04\\ y=0,02\end{array}\right.$

 $\to \sum n_{O{H}^{-}}=0,08mol\to pOH=1\to pH=13$

Câu 9: Chọn B.

Dung dịch có  $pH=3\to n_{HCl}=n_{H^{+}}={10}^{-5}mol$

Dung dịch có pH = 4 có số mol H⁺ không đổi  $\to V_{sau phản ứng}=\frac{{10}^{-5}}{{10}^{-4}}=0,1lít=100ml$

 $\to V_{theâm}=100-10=90ml$

Dạng 3: Nhận biết dung dịch bằng chỉ thị axit – bazơ

Câu 1: Dùng quỳ tím.

Câu 2:

Dùng quỳ tím để phân biệt ba nhóm: Nhóm I: quỳ chuyển đỏ (H₂SO₄, HCl); nhóm II: quỳ chuyển xanh (Ba(OH)₂, KOH) và quỳ không chuyển màu (NaCl). Sau đó cho từng chất nhóm I và II phản ứng với nhau để nhận biết H₂SO₄ và Ba(OH)₂, còn lại là HCl và KOH.

Xem thêm