Bài 2. Cân bằng trong dung dịch nước

a) Sự điện li của nước

Nước là chất điện li rất yếu:

H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻

Hoặc: 2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻

b) Tích số ion của nước (Kw)

Kw = [H⁺] × [OH⁻] = 10⁻¹⁴ (ở 25°C)

Ý nghĩa:

• Trong nước nguyên chất: [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M
• Trong dung dịch axit: [H⁺] > [OH⁻]
• Trong dung dịch bazơ: [H⁺] < [OH⁻]
• Kw chỉ phụ thuộc nhiệt độ

c) Ví dụ tính toán

Ví dụ 1: Dung dịch có [H⁺] = 10⁻³ M. Tính [OH⁻].

[OH⁻] = Kw / [H⁺] = 10⁻¹⁴ / 10⁻³ = 10⁻¹¹ M

Ví dụ 2: Dung dịch có [OH⁻] = 10⁻⁵ M. Tính [H⁺].

[H⁺] = Kw / [OH⁻] = 10⁻¹⁴ / 10⁻⁵ = 10⁻⁹ M

a) Định nghĩa

pH = -log[H⁺]

Hoặc: [H⁺] = 10⁻ᵖᴴ

b) Ý nghĩa của pH

c) Công thức tính pH

1. Từ [H⁺]:

pH = -log[H⁺]

2. Từ [OH⁻]:

pOH = -log[OH⁻]

pH + pOH = 14

→ pH = 14 - pOH

d) Ví dụ tính pH

Ví dụ 1: [H⁺] = 10⁻³ M. Tính pH.

pH = -log(10⁻³) = 3

Ví dụ 2: [OH⁻] = 10⁻² M. Tính pH.

pOH = -log(10⁻²) = 2

pH = 14 - 2 = 12

Ví dụ 3: [H⁺] = 2×10⁻³ M. Tính pH.

pH = -log(2×10⁻³) ≈ 2.7

a) Axit mạnh và axit yếu

Axit mạnh: Điện li hoàn toàn

HCl → H⁺ + Cl⁻

[H⁺] = C(axit)

Axit yếu: Điện li không hoàn toàn

CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO⁻

[H⁺] < C(axit)

b) Bazơ mạnh và bazơ yếu

Bazơ mạnh: Điện li hoàn toàn

NaOH → Na⁺ + OH⁻

[OH⁻] = C(bazơ)

Bazơ yếu: Điện li không hoàn toàn

NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻

[OH⁻] < C(bazơ)

c) Tính pH của dung dịch

1. Axit mạnh (HCl, HNO₃, H₂SO₄):

[H⁺] = C(axit) × n (n: số H⁺)

pH = -log[H⁺]

2. Bazơ mạnh (NaOH, KOH, Ba(OH)₂):

[OH⁻] = C(bazơ) × n (n: số OH⁻)

pOH = -log[OH⁻]

pH = 14 - pOH

d) Ví dụ

Ví dụ 1: Dung dịch HCl 0.01 M. Tính pH.

[H⁺] = 0.01 = 10⁻² M

pH = 2

Ví dụ 2: Dung dịch NaOH 0.001 M. Tính pH.

[OH⁻] = 0.001 = 10⁻³ M

pOH = 3 → pH = 14 - 3 = 11

a) Khái niệm

Cân bằng giữa chất rắn ít tan và các ion trong dung dịch bão hòa.

Ví dụ:

AgCl(r) ⇌ Ag⁺(dd) + Cl⁻(dd)

b) Tích số tan (Ks)

Định nghĩa: Tích số nồng độ các ion trong dung dịch bão hòa.

Cho: AₘBₙ(r) ⇌ mA^(n+)(dd) + nB^(m-)(dd)

Ks = [A^(n+)]^m × [B^(m-)]^n

c) Ý nghĩa của Ks

• Ks nhỏ → Chất ít tan
• Ks lớn → Chất tan nhiều hơn
• Ks chỉ phụ thuộc nhiệt độ

d) Ví dụ về Ks

AgCl: AgCl(r) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻

Ks = [Ag⁺] × [Cl⁻] = 1.8×10⁻¹⁰

CaCO₃: CaCO₃(r) ⇌ Ca²⁺ + CO₃²⁻

Ks = [Ca²⁺] × [CO₃²⁻] = 4.8×10⁻⁹

e) Điều kiện kết tủa

• [A^(n+)]^m × [B^(m-)]^n > Ks: Có kết tủa
• [A^(n+)]^m × [B^(m-)]^n = Ks: Dung dịch bão hòa
• [A^(n+)]^m × [B^(m-)]^n < Ks: Chưa bão hòa

f) Ứng dụng

• Dự đoán kết tủa trong phản ứng
• Tính độ tan của chất
• Xử lý nước cứng (Ca²⁺, Mg²⁺)
• Phân tích định lượng