Xác định giá trị PH của dung dịch trong chương trình hoá học THPT

Phương pháp giải toán: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ PH CỦA DUNG DỊCH TRONG CHƯƠNG TRÌNH HỐ HỌC THPT Khái niệm pH chất thị axit-bazơ: 1.1 Khái niệm pH: Trong dung dịch: Nếu [H+]= 10-a pH= a Hoặc pH= -lg[H+] Trong dung dịch có dung mơi nước: KH2O= [H+].[OH-]: gọi tích số ion nước, tích số nhịêt độ xác định Ở 250C: [H+].[OH-]= 10-14, nhiên giá trị dùng nhiệt độ không khác nhiều với 250C - Dung dịch trung tớnh: [H+] = [OH-] = 10-7 (mol/l) => pH = - Dung dịch axớt: [H+] > [OH-] => [H+] > 10-7 (mol/l) =>pH [H+] < 10-7 (mol/l) => pH>7 pH lớn thỡ nồng độ bazơ mạnh 1.2 Chất thị axit-bazơ: - Xác định gần pH chất thị màu Quỳ tớm: pH =  cú màu tớm pH <  có màu đỏ pH >  cú màu xanh Phenolphtalein: pH   khụng màu pH >  cú màu hồng - Xác định xác pH máy đo pH Các dạng toán xác định giá trị pH dung dịch 2.1 Dung dịch axit dung dịch bazơ a Dung dịch axit mạnh (HCl; HBr; HI; HClO3; HBrO3; HNO3; H2SO4 ; HClO4;…) Bài toán: Xác định giá trị pH dd HY.CM (HY axit mạnh) -1- Phương pháp giải: Axit mạnh (kí hiệu HY) phân li hoàn toàn tan nước: HY H+ + Y- Trong dung dịch cịn có q trình phân li nước H2O H+ + OH- Vì phân ly HY chiếm ưu phân ly H2O xẩy không đáng kể Nên CM >> 10-7 pH=- lg[H+]=-lgCM Ví dụ 1: Tính pH dung dịch HCl.10-2M HCl 0,01M H+ + Cl0,01M Vì [H+]=10-2 => pH=2 Ví dụ 2: Tính pH dung dịch H2SO4.0,0005M H2SO4 0,0005M 2H+ + SO420,001M Vì [H+] = 10-3M  pH = Lưu ý: Trong trường hợp CM ~ 10-7 phải kể đến phân li H2O Ví dụ 3: Phải lấy bao nhiờu g H2SO4 thờm vào 2(l) d2 axit mạnh có pH = nhằm thu d2 có pH = Biết thể tích dung dịch thu lít Giải: D2 axit mạnh ban đầu có pH =  [H+] = 10-2 = 0,01M  nH lít ban đầu: 2.0,01 = 0,02 + D2 axit cú pH = => [H+] = 10-1 = 0,1M  nH lớt dung dịch pH = 2.0,1 = 0,2 + * Số mol H+ cần thờm vào: 0,2 – 0,02 = 0,18 H2SO4 2H+ + SO42- 0,09 0.18 m H SO4 cần thờm vào = 98 x 0,09 = 8,82(g) b Dung dịch bazơ mạnh (LiOH; NaOH; KOH; Ca(OH)2; Sr(OH)2; Ba(OH)2 Bài toán: Xác định giá trị pH dd XOH.CM ( XOH bazơ mạnh) Phương pháp giải: -2- Trong dung dịch bazơ mạnh XOH có q trình: X+ + OH- XOH Trong dung dịch cịn có q trình phân li nước H2O H+ + OH- Vì phân ly XOH chiếm ưu phân ly H2O xẩy khơng đáng kể Vì vậy, CM >> 10-7 : [OH-] = CM => [H+]=10-14/CM Nên pH=- lg[H+]=-lg(10-14/CM) Ví dụ 1: Tính pH dung dịch NaOH 0,1M NaOH Na+ + OH- 0,1M 0,1M Vì [OH-] = 10-1M  [H+] = 10 14 =10-13  pH = 13 1 10 Ví dụ 2: Tính pH dung dịch Ba(OH)2 = 0,0005M Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH- 0,0005M 0,001M [OH-] = 10-3M  [H+] = 10 14 =10-11  pH = 11 3 10 Lưu ý: Trong trường hợp CM ~ 10-7 phải kể đến phân li H2O c Dung dịch axit yếu (HCOOH, CH3COOH, HF, H2CO3, H2SO3, H3PO4, HCN, …) Bài toán: Xác định giá trị pH dd HA.CM (HA axit yếu có độ điện li  số phân li axit Ka) Phương pháp giải: Axit HA phân li thuận nghịch tan nước: HA H+ + A- Trong dung dịch cịn có q trình phân li nước H2O H+ + OH-  H    A      K a  HA Ta có: Nếu KH2O [H+] => pH =-lg[H+] Ví dụ 1: Tính pH dung dịch CH3COOH.0,1M với độ điện li  = 0,01 H+ + CH3COO- CH3COOH n   n v  [H ]  [H ]   = 0,01 = n0 n0 CM 0,1 v => [H+] = 10-3 => pH = Ví dụ 2: Tính pH dung dịch HCOOH.0,10 M Biết Ka=1,78.10-4 HCOO- + H+ HCOOH Ban đầu 0,10M Cân 0,10-x Ka  1,78.104 ; x x x2  1, 78.104 0,10  x Gỉải phương trình => x= 4,22.10-3 Vậy [H+] = 4,22.10-3 => pH = -lg4,22.10-3 = 2,37 Ví dụ 3: Xác định nồng độ dung dịch CH3COOH cho dung dịch có pH = 3,0 Biết Ka  104,76 ; Vì pH = 3,0 Sự phân li nước không đáng kể  H    10 pH  103,0   CH3COOH Ban đầu Cân Ta có: CH3COO- + H+ Ka  104,76 ; C C -10-3 10-3 10-3  H   CH 3COO   (103 )2     104,76 3 C  10 CH 3COOH  Gỉải phương trình ta C= 5,85.10-2M Ví dụ 4: Tính giá trị pH dung dịch NH4Cl.0,1M Biết KNH4+= 10-9,24 NH4Cl NH4+ + Cl-4- 0,1M 0,1M NH4+ NH3 Ban đầu 0,1-x H+ + 0,1M Cân 0,1M Ta có : x x2 -9,24  K a =10 Cx x => x=10-5,125 => [H+]= x=10-5,125 => pH= 5,125 d Dung dịch bazơ yếu Bài toán: Xác định giá trị pH dd có tính bazơ nồng độ CM có số phân li bazơ Kb) Phương pháp giải: Bazơ yếu có cân thuận nghịch tan nước: A- + H2O HA + OH- Trong dung dịch cịn có q trình phân li nước H+ + OH- H2O Ta có: Nếu KH2O [OH-] => [H+] =10-14/[OH-] => pH Ví dụ : Tính pH dung dịch NaCN 0,01 M Biết Kb  104,65 NaCN  Na  CN  0,01M CN- + H2O Ban đầu 0,01-x HCN + OH- 0,01 Cân 0,01M Ta có : x x x2  104,65  x  4, 73.104 0, 010  x Vậy [OH-]= x= 4,73.10-4 => [H+] = 10-10,68 => pH=-lg[H+] = 10,68 -5- 2.2 Dung dịch hỗn hợp nhiều axit dung dịch hỗn hợp nhiều bazơ: a Dung dịch hỗn hợp nhiều axit Dạng 1: Hỗn hợp nhiều axit mạnh Phương pháp giải: - Viết phương trình điện li axit - Tính tổng số mol H+ thu - Tính nồng độ ion H+ dung dịch thu được( thể tích dd thu tổng thể tích dung dịch ban đầu ) - Tính pH dựa vào nồng độ ion H+ Ví dụ 1: Tính pH dung dịch hỗn hợp HCl.0,001M; HNO3.0,002M; H2SO4.0,005M Ta có phương trình điện li: HCl H+ + Cl- 0,001M 0,001M HNO3 H+ + NO3- 0,002M 0,002M H2SO4 2H+ + SO42- 0,005M 0,01M [H+]= 0,001+ 0,002 + 0,01= 0,013 => pH= -lg 0,013 = 1,886 Ví dụ 2: Trộn lít dung dịch HCl có pH = với 3lít dung dịch HNO có pH= Tính pH dung dịch thu Ta có : HCl H+ + ClHNO3 H+ + NO3D2 axit HCl ban đầu có pH =  [H+] = 10-2 = 0,01M +  nH lít axit HCl ban đầu: 2.0,01 = 0,02 D2 axit HNO3 có pH = => [H+] = 10-3 = 0,001M +  nH lớt dung dịch HNO3 ban đầu là: 3.0,001 = 0,003 Tổng số mol H+ : 0,02 + 0,003 = 0,023  [H+] = 0,023/5= 4,6.10-3 => pH= -lg 4,6.10-3 = 2,34 Ví dụ 3: Phải lấy bao nhiờu lớt d2 cú pH = trộn với 2(lớt) d2 có pH = nhằm thu d2 cú pH = -6- Ta có: Gọi thể tích dung dịch có pH = cần dùng V (lít) D2 axit ban đầu có pH =  [H+] = 10-1 = 0,1M +  nH V lít axit pH = ban đầu: 0,1V D2 axit có pH = => [H+] = 10-3 = 0,001M +  nH lớt dung dịch axit có pH = là: 2.0,001 = 0,002 Tổng số mol H+ : 0,1V + 0,002 (1) Mặt khác dung dịch thu có pH = => Tổng số mol H+ = 10-2.(V+2) (2) Từ (1) (2) suy ra: 0,1V + 0,002 = 10-2.(V+2) => V= 0,2 (lít) Dạng 2: Dung dịch hỗn hợp axit mạnh axit yếu Bài tốn: Tính pH dung dịch hỗn hợp HY CHY (HY axit mạnh) HA.CHA (HA axit yếu có độ điện li ỏ, số điện li Ka) Hướng dẫn giải: Ta có q trình điện li: HY H+ + YCHY CHY HA H+ + ABan đầu CHA CHY Cân CHA – x CHY + x x (CHY + x ) => = Ka CHA– x Giải phương trình tìm x => [H+] = CHY + x => pH= -lg(CHY + x) Ví dụ 1: Tính pH dung dịch HCl 0,01M CH3COOH 0,01M Biết KCH3COOH = 10-4,76 Ta có: HCl H+ + Cl0,01 0,01 CH3COOH CH3COO- + H+ Ban đầu 0,01 0,01 Cân 0,01 – x x 0,01 + x x(0,01 + x) = Ka = 10-4,76 0,01 – x -7- giả sử x ta tính gần : 0,01x/ 0.01 = 10-4,76 => x= 10-4,76 => [H+] = 0,01 + x = 0,01 + 10-4,76 => pH = 1,999 Ví dụ 2: Trộn 20 ml HCl.0,02M với 30ml dung dịch CH3COOH 0,15M Tính pH hỗn hợp thu Biết KCH3COOH = 10-4,76 Ta có: CHCL  0, 0200.20  0, 00800; 20  30 CCH3COOH  0,15.30  0, 0900; 20  30 HCl H+ + Cl0,008 0,008 CH3COOH CH3COO- + H+ Ban đầu 0,09 0,008 Cân 0,09 – x x 0,008 + x x(0,008 + x) = Ka = 10-4,76 0,09 – x giả sử x ta tính gần : 0,008x/ 0.09 = 10-4,76 => x= 11,25.10Ta có: 4,76 => [H+] = 0,008 + x = 0,008 + 11,25.10-4,76 => pH = 2,086 b Dung dịch hỗn hợp nhiều bazơ Dạng 1: Dung dịch hỗn hợp nhiều bazơ mạnh Phương pháp giải: - Viết phương trình điện li chất - Tính tổng số mol OH- Tính nồng độ [OH-] => 10-14 [H+] = [OH-] - Tính pH Ví dụ 1: Tính pH dung dịch Ba(OH)2.0,005M ; NaOH.0,002M ; KOH 0,001M Ta có: Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH- 0,005M 0,01M NaOH Na+ + OH- 0,002M KOH 0,002M K+ 0,001M + OH0,001M -8- =>[OH-] = 0,001 + 0,002 + 0,001= 0,004 10-14 [H+] = = 0,25.10-11 => pH = -lg0,25.10-11 = 11,6 [OH-] Ví dụ 2: Trộn lít dung dịch bazơ có pH = 11 với lít dung dịch bazơ có pH= 12 Tính pH dung dịch thu Ta có: D2 ban đầu có pH = 11  [H+] = 10-11 => [OH-] = 10-3  Số mol OH lít d ban đầu có pH = 11 là: 2.10 = 0,002 - -3 D2 ban đầu có pH = 12  [H+] = 10-12 => [OH-] = 10-2  Số mol OH lít d ban đầu có pH = 12 là: 3.10 = 0,03 - -2 Tổng số mol OH- : 0,002 + 0,03 = 0,032  [OH ] = 0,032/5= 6,4.10 => [H ] = 10 - -3 + -2,194 pH= -lg10-2,194 = 2,194 Ví dụ 3: Phải lấy bao nhiờu lớt d2 cú pH = 13 trộn với 2(lớt) d2 cú pH = 11 nhằm thu d2 cú pH = 12 Ta có: Gọi thể tích dung dịch có pH = 13 cần dùng V (lít) D2 ban đầu có pH = 13  [H+] = 10-13 => [OH-] = 10-1 = 0,1  Số mol OH V lít pH = 13 ban đầu : 0,1V - D2 ban đầu có pH = 11  [H+] = 10-11 => [OH-] = 10-3 = 0,001  Số mol OH lít pH = 11 ban đầu : 0,001.2 = 0,002 - Tổng số mol OH- : 0,1V + 0,002 (1) Mặt khác dung dịch thu có pH = 12 => [H+] = 10-12 => [OH-] = 10-2 = 0,01 => Tổng số mol OH- = 10-2.(V+2) Từ (1) (2) suy ra: 0,1V + 0,002 = 10-2.(V+2) (2) => V= 0,2 (lít) Dạng 2: Dung dịch bazơ mạnh bazơ yếu Ví dụ: Tính pH dd NaOH 0,01M CH3COONa 0,01M Biết KCH3COOH = 104,76 Ta có: Na+ + OH- NaOH 0,01M 0,01M -9- CH3COO- + Na+ CH3COONa 0,01M 0,01M CH3COO- + H2O Ban đầu CH3COOH + OH- 0,01M Cân 0,01 – x Ta có: 0,01M x(0,01 + x) x 10-14 =10-9,24 = Kb = =>x = 10 -9,24 0,01 + x 0,01 – x Ka -9,24 =>[OH ] = 0,01 + x= 0,01+10 => [H+] = 10-12,000003 - => pH = 12,000003 2.3 Dung dịch thu trộn dung dịch axit với dung dịch bazơ: Phương pháp giải: - Tính tổng số mol H+ - Tính tổng số mol OH- Viết phương trình ion: H+ + OH- H2O - Tính số mol H+( số mol OH-) dư sau phản ứng - Tính pH dung dịch thu Ví dụ 1: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối A năm 2008) Trộn lẫn V ml dung dịch NaOH 0,01M với V ml dung dịch HCl 0,03M 2V ml dung dịch Y Dung dịch Y có pH là: A B Ta có: Số mol H+= 0,03V C.2 D.1 Số mol OH-= 0,01V Phương trình ion: H+ + OH- H2O Số mol H+ dư sau phản ứng = 0,03V- 0,01V = 0,02V => [H+] = 0,02V/ 2V = 0,01 => pH = => Đáp án C Ví dụ 2: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối B năm 2007) Trộn 100ml dung dịch (gồm Ba(OH)2 0,12M NaOH 0,1 M ) với 400 ml dung dịch ( gồm H2SO4 0,0375Mvà HCl.0,01 M ), Thu dung dịch X Giá trị pH dung dịch X là: A.7 B.1 C.6 Ta có: Số mol H+= ( 0,0375.2 + 0,01).0,4 = 0,034 -10- D.2 Số mol OH-= ( 0,12.2 + 0,1).0,1 = 0,034 Phương trình ion: H+ + OH- H2O Vì số mol H+= số mol OH- => pH = => Đáp án A Ví dụ 3: Dung dịch A dung dịch Ba(OH)2 cú pH = 13 Dung dịch B dung dịch HCl cú pH = Đem trộn 2,75l d2 A với 2,25l d2B Tớnh pH dung dịch thu Giải: D2 A: pH = 13  [H+] = 10-13  [OH-]= 10 14 = 0,1M 10 13 => Số mol OH-= 0,1.2,75 = 0,275 D2 B: pH =  [H+] = 10-1 = 0,1M => Số mol H+= 0,1.2,25 = 0,225 Phương trình ion: H+ + OH- H2O Số mol OH- dư sau phản ứng = 0,275 – 0,225 = 0,05 Vdd thu = 2,75 + 2,25 = (l) - => [OH ] = 0,05/ = 0,01 10 14 => [H ] = 2  10 12 => pH = 12 10 + Ví dụ 4: Phải lấy dung dịch axit pH= với dung dịch bazơ có pH = theo tỉ lệ thể tích để thu dung dịch có pH = Giải: Gọi thể tớch dung dịch axớt cú pH= cần dựng V1(l)  nH V1 lớt dung dịch axớt = 10 V1 + -5 Gọi thể tích dung dịch bazơ cú pH= cần dựng V2(l)  [H ] dung dịch bazơ = 10 + -9 -  [OH ] = 10 14 = 10-5 10 nOH- V2 lít dung dịch bazơ = 10-5V2 Khi trộn hai dung dịch ta cú phản ứng: H+ + OHVỡ dung dịch thu có pH =  sau phản ứng: H+ hết, OH- cũn dư [H+] dung thu = 10-8 -11- H2O  [OH ] dung dịch thu = - 10 14 =10-6 10  nOH- dư = 10-5V2 – 10-5V1  [OH ] dung dịch thu = - 10 5 V2  10 5 V1  10 6  V1  V2 V1  V2 11 2.4 Bài toán xác định khoảng giá trị pH - Dung dịch muối trung hoà axit mạnh bazơ mạnh : pH=7 VD: NaCl, Na2SO4, KNO3, BaI2,… -Dung dịch muối trung hoà axit mạnh bazơ yếu : pH< VD: FeCl3, (NH4)2 SO4, ZnBr2,… -Dung dịch muối trung hoà axit yếu bazơ mạnh : pH >7 VD: Na2CO3 , Na2SO3, K2S, Ba(CH3COO)2,… -Dung dịch muối trung hoà axit yếu bazơ yêú : Tuỳ thuộc vào độ thuỷ phân hai ion Lưu ý: Dung dịch muối axit NaHSO4 : pH 7 Ví dụ: Cho a mol CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch chứa 2a mol NaOH Dung dịch thu có giá trị pH bao nhiêu? A: Không xác định B: PH > C: PH < D: PH = Ta có: Vì số mol NaOH/ số mol CO2 =2 =>PTHH xảy ra: 2NaOH + CO2 Na2CO3 Dung dịch sâu phản ứng có: Na2CO3 ( muối trung hồ axit yếu bazơ mạnh ) nên pH >7 Bài tập tự luyện: Câu 1: Tỷ lệ thể tích dung dịch HCl có pH = dung dịch NaOH có pH = 13 cần dùng để pha trộn thành dung dịch có pH = ( xem thể tích dung dịch không thay đổi pha trộn ) A 9/11 B 11/9 C 10/9 Câu 2: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối B năm 2008) : -12- D 9/10 Trộn 100 ml dung dịch có pH =1 gồm HCl HNO3 với 100 ml dung dịch NaOH nồng độ a(mol/l) thu 200 ml dung dịch pH = 12 Giá trị a ( biết dung dịch [H+][OH-]=10-14) A.0,15 B.0,30 C.0,03 D.0,12 Câu 3: Dung dịch CH3COOH 0,01M có độ điện li ỏ = 4% pH dung dịch : A.4,6 B.3,4 C.2,0 D.4,0 Câu 4: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối B năm 2007) Trộn 100ml dung dịch (gồm Ba(OH)2 NaOH 0,1 M ) với 400 ml dung dịch ( Gồm H2SO4 0,0375Mvà HCl0,01 M ), Thu dung dịch X Giá trị pH dung dịch X A.7 B.1 C.6 D.2 Câu 5: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối A năm 2007) Dung dịch HCl dung dịch CH3COOH có nồng độ mol, pH hai dung dịch tương ứng x y Quan hệ x y ( giả thiết , 100 phân tử X có phân tử điện li) A y=x+2 B y=x-2 C y=2x D y=100x Câu : (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối A năm 2007) Cho m gam hỗn hợp Mg, Al vào 250 ml dung dịch X chứa hỗn hợp axit HCl 1M axit H2SO4.0,5 M, thu 5,32 lít H2 (ở đktc) dung dịch Y (coi thể tích dung dịch khơng đổi) Dung dịch Y có pH là: A: B: C: D: Câu 7: Cho a mol CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch chứa a mol NaOH Dung dịch thu có giá trị pH bao nhiêu? A: Không xác định B: PH > C: PH < D: PH = Câu 8: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối A năm 2008) Trộn lẫn V ml dung dịch NaOH 0,01M với V ml dung dịch HCl 0,03M 2V ml dung dịch Y Dung dịch Y có pH là: A B C.2 -13- D.1 Câu 9: Trộn 250ml dung dịch hỗn hợp gồm HCl 0.08M H2SO4 0,01M với 250ml dd Ba (OH)2 a mol/l thu m gam kết tủa 500ml dd có pH =12 Tính m a? A 0,5628g 0,05M C 0,5828 g 0,06M B 0,4828g 0,04M D Kết khác Câu 10: Trộn V(l) NaOH.0,1M; Ba(OH)2 với V (l) d2 HCl 0,1M; H2SO40 0,05M; HNO3 0,2M Tớnh pH dung dịch thu -14- ... vào dung dịch chứa a mol NaOH Dung dịch thu có giá trị pH bao nhiêu? A: Không xác định B: PH > C: PH < D: PH = Câu 8: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối A năm 2008) Trộn lẫn V ml dung dịch. .. 400 ml dung dịch ( Gồm H2SO4 0,0375Mvà HCl0,01 M ), Thu dung dịch X Giá trị pH dung dịch X A.7 B.1 C.6 D.2 Câu 5: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối A năm 2007) Dung dịch HCl dung dịch CH3COOH... thuỷ ph? ?n hai ion Lưu ý: Dung dịch muối axit NaHSO4 : pH 7 Ví dụ: Cho a mol CO2 hấp thụ hồn toàn vào dung dịch chứa 2a mol NaOH Dung dịch thu có giá trị pH bao