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

Phương pháp giải các bài toán: XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ PH CỦA DUNG DỊCH TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC THPT 1.. Các dạng bài toán xác định giá trị pH của dung dịch.. Dung dịch của một axit hoặc du

Phương pháp giải các bài toán:

XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ PH CỦA DUNG DỊCH TRONG CHƯƠNG TRÌNH HOÁ HỌC THPT

1 Khái niệm về pH và chất chỉ thị axit-bazơ:

1.1 Khái niệm về pH:

Trong dung dịch: Nếu [H+

]= 10-a thì pH= a Hoặc pH= -lg[H+

] Trong dung dịch có dung môi là nước: KH2O= [H+].[OH-]: được gọi là tích số ion của nước, tích này là hằng số ở nhịêt độ xác định

Ở 250

C: [H+].[OH-]= 10-14, tuy nhiên giá trị này còn được dùng ở nhiệt độ không khác nhiều với 250

C

- Dung dịch trung tớnh:

[H+] = [OH-] = 10-7 (mol/l) => pH = 7

- Dung dịch axớt: [H+] > [OH-] => [H+] > 10-7 (mol/l) =>pH<7

pH càng nhỏ thỡ nồng độ axít càng mạnh

- Dung dịch bazơ: [H+] < [OH-] => [H+] < 10-7 (mol/l) => pH>7

pH càng lớn thỡ nồng độ bazơ càng mạnh

1.2 Chất chỉ thị axit-bazơ:

- Xác định gần đúng pH bằng chất chỉ thị màu

Quỳ tớm: pH = 7  cú màu tớm

pH < 7  có màu đỏ

pH > 7  cú màu xanh Phenolphtalein: pH 7  khụng màu

pH > 7 cú màu hồng

- Xác định chính xác pH bằng máy đo pH

2 Các dạng bài toán xác định giá trị pH của dung dịch

2.1 Dung dịch của một axit hoặc dung dịch của một bazơ

a Dung dịch axit mạnh

(HCl; HBr; HI; HClO3; HBrO3; HNO3; H2SO4 ; HClO4;…)

Bài toán: Xác định giá trị pH của dd HY.CM (HY là axit mạnh)

Phương pháp giải:

Axit mạnh (kí hiệu HY) phân li hoàn toàn khi tan trong nước:

HY H+ + Y

-Trong dung dịch còn có quá trình phân li của nước

H2O H+ + OH

-Vì sự phân ly của HY là chiếm ưu thế còn sự phân ly của H2O xẩy ra không đáng kể Nên nếu CM >> 10-7 thì pH=- lg[H+]=-lgCM

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch HCl.10-2

M

HCl H+ + Cl-

0,01M 0,01M

Vì [H+]=10-2 => pH=2

Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch H2SO4.0,0005M

H2SO4 2H+ + SO4

0,0005M 0,001M

Vì [H+] = 10-3M pH = 3

Lưu ý: Trong trường hợp CM ~ 10-7 thì phải kể đến sự phân li của H2O

Ví dụ 3: Phải lấy bao nhiờu g H2SO4 thờm vào 2(l) d2 axit mạnh có pH = 2 nhằm thu được d2

có pH = 1 Biết thể tích dung dịch thu được vẫn là 2 lít Giải:

D2 axit mạnh ban đầu có pH = 2 [H+] = 10-2 = 0,01M

 nH+ trong 2 lít ban đầu: 2.0,01 = 0,02

D2 axit cú pH = 1 => [H+] = 10-1 = 0,1M

+

trong 2 lớt dung dịch pH = 1 bằng 2.0,1 = 0,2

* Số mol H+

cần thờm vào: 0,2 – 0,02 = 0,18

H2SO4 2H+ + SO4

0,09 0.18

mH2SO4 cần thờm vào = 98 x 0,09 = 8,82(g)

b Dung dịch bazơ mạnh

Bài toán: Xác định giá trị pH của dd XOH.CM ( XOH là bazơ mạnh)

Phương pháp giải:

Trong dung dịch bazơ mạnh XOH có các quá trình:

XOH X+ + OH

-Trong dung dịch còn có quá trình phân li của nước

H2O H+ + OH

-Vì sự phân ly của XOH là chiếm ưu thế còn sự phân ly của H2O xẩy ra không đáng kể Vì vậy, nếu CM >> 10-7 thì : [OH-] = CM => [H+]=10-14/CM

Nên pH=- lg[H+]=-lg(10-14/CM)

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch NaOH 0,1M

NaOH Na+ + OH

0,1M 0,1M

Vì [OH-] = 10-1M  [H+] = 1

14

10

10





=10-13  pH = 13

Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch Ba(OH)2 = 0,0005M

Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH

0,0005M 0,001M

[OH-] = 10-3M  [H+] = 3

14

10

10





=10-11  pH = 11 Lưu ý: Trong trường hợp CM ~ 10-7 thì phải kể đến sự phân li của H2O

c Dung dịch axit yếu

(HCOOH, CH3COOH, HF, H2CO3, H2SO3, H3PO4, HCN, …)

Bài toán: Xác định giá trị pH của dd HA.CM (HA là axit yếu có độ điện li 

hoặc hằng số phân li axit Ka)

Phương pháp giải:

Axit HA phân li thuận nghịch khi tan trong nước:

HA H+ + A

-Trong dung dịch còn có quá trình phân li của nước

H2O H+ + OH

-Ta có:

K HA

 

   

     Nếu KH2O << KaCHA thì sự phân li của nước xẩy ra không đáng kể

HA H+ + A

-Ban đầu CM

Cân bằng CM – x x x

2

a

x K

C x 

Giải phương trình cho phép đánh giá x => [H+

] => pH =-lg[H+]

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch CH3COOH.0,1M với độ điện li = 0,01

CH3COOH H+ + CH3COO

- = 0,01 =

1 , 0

] [ ] [

0 0









C H v n v n n

n

M

=> [H+] = 10-3 => pH = 3

Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch HCOOH.0,10 M Biết Ka=1,78.10-4

HCOOH HCOO- + H+ 4

1, 78.10 ;

a

Ban đầu 0,10M

Cân bằng 0,10-x x x

2

4

1, 78.10 0,10

x 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 của dung dịch CH3COOH sao cho dung dịch đó có

pH = 3,0 Biết 4,76

a

K  

Vì pH = 3,0 << 7,0 => Sự phân li của nước là không đáng kể

10 pH 10

 

CH3COOH CH3COO- + H+ 4,76

a

K   Ban đầu C

Cân bằng C -10-3

10-3 10-3

Ta có:

3 2

3 3

(10 )

10 10





 Gỉải phương trình ta được C= 5,85.10-2M

Ví dụ 4: Tính giá trị pH của dung dịch NH4Cl.0,1M Biết KNH4+

= 10-9,24

NH4Cl NH4

+

+ Cl-

0,1M 0,1M 0,1M

NH4

+

NH3

+ H+ Ban đầu 0,1M

Cân bằng 0,1-x x x

Ta có :

2

a

x

K

C x 

-9,24

=> x=10-5,125 => [H+]= x=10-5,125 => pH= 5,125

d Dung dịch bazơ yếu

Bài toán: Xác định giá trị pH của dd có tính bazơ nồng độ CM và có hằng số phân li bazơ Kb)

Phương pháp giải:

Bazơ yếu có cân bằng thuận nghịch khi tan trong nước:

A- + H2O HA + OH

-Trong dung dịch còn có quá trình phân li của nước

H2O H+ + OH

-Ta có: Nếu KH2O << KbCA

thì sự phân li của nước xẩy ra không đáng kể

A- + H2O HA + OH

Ban đầu C

Cân bằng C-x x x

2

b

x K

C x 

-14

/ Ka

Giải phương trình cho phép xác định x => [OH

-] => [H+] =10-14/[OH-] => pH

Ví dụ : Tính pH của dung dịch NaCN 0,01 M Biết 4,65

10

b

K  

NaCNNaCN

0,01M 0,01M

CN- + H2O HCN + OH

Ban đầu 0,01

Cân bằng 0,01-x x x

Ta có :

2

0, 010

x

x x



Vậy [OH

-]= x= 4,73.10-4 => [H+] = 10-10,68 => pH=-lg[H+] = 10,68

2.2 Dung dịch của hỗn hợp nhiều axit hoặc dung dịch hỗn hợp của nhiều bazơ:

a Dung dịch của hỗn hợp nhiều axit

Dạng 1: Hỗn hợp nhiều axit mạnh

Phương pháp giải:

- Viết phương trình điện li của từng axit

- Tính tổng số mol H+ thu được

- Tính nồng độ ion H+ của dung dịch thu được( thể tích của dd thu được bằng tổng thể tích của các dung dịch ban đầu )

- Tính pH dựa vào nồng độ ion H+

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch hỗn hợp HCl.0,001M; HNO3.0,002M;

H2SO4.0,005M

Ta có các phương trình điện li:

HCl H+ + Cl-

0,001M 0,001M HNO3 H+ + NO3-

0,002M 0,002M

H2SO4 2H+ + SO4

0,005M 0,01M

[H+]= 0,001+ 0,002 + 0,01= 0,013 => pH= -lg 0,013 = 1,886

Ví dụ 2: Trộn 2 lít dung dịch HCl có pH = 2 với 3lít dung dịch HNO3 có pH= 3 Tính pH của dung dịch thu được

Ta có : HCl H+ + Cl

HNO3 H+ + NO3-

D2 axit HCl ban đầu có pH = 2 [H+] = 10-2 = 0,01M

 nH+ trong 2 lít axit HCl ban đầu: 2.0,01 = 0,02

D2 axit HNO3 có pH = 3 => [H+] = 10-3 = 0,001M

+

trong 3 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 = 1 trộn với 2(lớt) d2 có pH = 3 nhằm thu được d2

cú pH = 2

Ta có: Gọi thể tích dung dịch có pH = 1 cần dùng là V (lít)

D2 axit ban đầu có pH = 1 [H+] = 10-1 = 0,1M

+

trong V lít axit pH = 1 ban đầu: 0,1V

D2 axit có pH = 3 => [H+] = 10-3 = 0,001M

 nH+ trong 2 lớt dung dịch axit có pH = 3 là: 2.0,001 = 0,002

Tổng số mol H+ : 0,1V + 0,002 (1)

Mặt khác dung dịch thu được có pH = 2

=> Tổng số mol H+ = 10-2.(V+2) (2)

Từ (1) và (2) suy ra: 0,1V + 0,002 = 10-2

.(V+2) => V= 0,2 (lít)

Dạng 2: Dung dịch hỗn hợp axit mạnh và axit yếu

Bài toán:

Tính pH của dung dịch hỗn hợp HY CHY (HY là axit mạnh) và HA.CHA (HA

là axit yếu có độ điện li ỏ, hoặc hằng số điện li Ka)

Hướng dẫn giải:

Ta có các quá trình điện li:

HY H+ + Y

-CHY CHY

HA H+ + A- Ban đầu CHA CHY

Cân bằng CHA – x CHY + x x

(CHY + x ) => = Ka

CHA– x Giải phương trình tìm ra x => [H+

] = CHY + x => pH= -lg(CHY + x)

Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch HCl 0,01M và CH3COOH 0,01M

Biết KCH3COOH = 10-4,76

Ta có: HCl H+ + Cl

0,01 0,01

CH3COOH CH3COO- + H+

Ban đầu 0,01 0,01

Cân bằng 0,01 – x x 0,01 + x

x(0,01 + x) = Ka = 10-4,76

0,01 – x

giả sử x << 0,01=> ta tính gần đúng : 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 của hỗn hợp thu được Biết KCH3COOH = 10-4,76

Ta có: 0, 0200.20 0, 00800;

20 30

HCL

0,15.30

0, 0900;

20 30

CH COOH



Ta có: HCl H+ + Cl

0,008 0,008

CH3COOH CH3COO- + H+

Ban đầu 0,09 0,008

Cân bằng 0,09 – x x 0,008 + x

x(0,008 + x) = Ka = 10-4,76

0,09 – x giả sử x << 0,008=>ta tính gần đúng : 0,008x/ 0.09 = 10-4,76

=> x= 11,25.10

-4,76

=> [H+] = 0,008 + x = 0,008 + 11,25.10-4,76 => pH = 2,086

b Dung dịch của hỗn hợp nhiều bazơ

Dạng 1: Dung dịch hỗn hợp nhiều bazơ mạnh

Phương pháp giải:

- Viết phương trình điện li của các chất

- Tính tổng số mol OH- 10-14

- Tính nồng độ [OH-] => [H+] =

[OH-]

- Tính pH

Ví dụ 1:

Tính pH của 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 0,002M

KOH K+ + OH 0,001M 0,001M

=>[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 2 lít dung dịch bazơ có pH = 11 với 3 lít dung dịch bazơ có pH= 12 Tính pH của dung dịch thu được

Ta có:

D2 ban đầu có pH = 11 [H+] = 10-11 => [OH-] = 10-3

 Số mol OH- trong 2 lít d2 ban đầu có pH = 11 là: 2.10-3 = 0,002

D2 ban đầu có pH = 12 [H+] = 10-12 => [OH-] = 10-2

 Số mol OH- trong 3 lít d2 ban đầu có pH = 12 là: 3.10-2 = 0,03

Tổng số mol OH- : 0,002 + 0,03 = 0,032

[OH-] = 0,032/5= 6,4.10-3 => [H+] = 10-2,194

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 được d2

cú pH = 12

Ta có: Gọi thể tích dung dịch có pH = 13 cần dùng là V (lít)

D2 ban đầu có pH = 13 [H+] = 10-13 => [OH-] = 10-1 = 0,1

 Số mol OH- trong V lít pH = 13 ban đầu bằng : 0,1V

D2 ban đầu có pH = 11 [H+] = 10-11 => [OH-] = 10-3 = 0,001

 Số mol OH- trong 2 lít pH = 11 ban đầu bằng : 0,001.2 = 0,002

Tổng số mol OH- : 0,1V + 0,002 (1)

Mặt khác dung dịch thu được có pH = 12 => [H+

] = 10-12

=> [OH-] = 10-2 = 0,01 => Tổng số mol OH- = 10-2.(V+2) (2)

Từ (1) và (2) suy ra: 0,1V + 0,002 = 10-2

.(V+2) => V= 0,2 (lít)

Dạng 2: Dung dịch bazơ mạnh và bazơ yếu

Ví dụ:

Tính pH của dd NaOH 0,01M và CH3COONa 0,01M Biết KCH3COOH = 10

-4,76

Ta có: NaOH Na+ + OH

-0,01M -0,01M

CH3COONa CH3COO- + Na+ 0,01M 0,01M

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- Ban đầu 0,01M 0,01M

Cân bằng 0,01 – x x 0,01 + x

Ta có: x(0,01 + x) 10-14

= Kb = =10-9,24

0,01 – x Ka

=>x = 10-9,24 =>[OH-] = 0,01 + x= 0,01+10-9,24 => [H+] = 10-12,000003

=> pH = 12,000003

2.3 Dung dịch thu được khi 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+( hoặc số mol OH-) dư sau phản ứng

- Tính pH của dung dịch thu được

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 được 2V ml dung dịch Y Dung dịch Y có pH là:

Ta có: Số mol H+= 0,03V 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 = 2 => 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 và NaOH 0,1 M ) với 400 ml dung dịch ( gồm H2SO4.0,0375Mvà HCl.0,01 M ), Thu được dung dịch X Giá trị pH của dung dịch X là:

Ta có: Số mol H+

= ( 0,0375.2 + 0,01).0,4 = 0,034

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 = 7 => Đáp án A

Ví dụ 3:

Dung dịch A là dung dịch Ba(OH)2 cú pH = 13 Dung dịch B là dung dịch HCl cú pH = 1 Đem trộn 2,75l d2 A với 2,25l d2B Tớnh pH của dung dịch thu được

Giải: D2

A: pH = 13  [H+] = 10-13  [OH-]= 13

14

10

10





= 0,1M

=> Số mol OH

-= 0,1.2,75 -= 0,275

D2 B: pH = 1  [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 được = 2,75 + 2,25 = 5 (l)

=> [OH-] = 0,05/ 5 = 0,01 => [H+] = 12

2

14

10 10





 => pH = 12

Ví dụ 4:

Phải lấy dung dịch axit pH= 5 với dung dịch bazơ có pH = 9 theo tỉ lệ thể tích như thế nào để thu được dung dịch có pH = 8

Giải: Gọi thể tớch dung dịch axớt cú pH= 5 cần dựng là V1(l)

+

trong V1 lớt dung dịch axớt = 10-5V1

Gọi thể tích dung dịch bazơ cú pH= 9 cần dựng là V2(l)

 [H+] trong dung dịch bazơ = 10-9 [OH-] = 9

14

10

10

= 10-5

nOH

trong V2 lít dung dịch bazơ = 10-5V2

Khi trộn hai dung dịch ta cú phản ứng: H+

+ OH- H2O

Vỡ dung dịch thu được có pH = 8

 sau phản ứng: H+ hết, OH- cũn dư

[H+] trong dung thu được = 10-8

[OH-] trong dung dịch thu được =

8 10

10 14





=10-6

nOH-dư = 10-5

V2 – 10-5V1

[OH-] trong dung dịch thu được = 6

2 1

1 5 2 5

10 10







V V

V V



11

9 2

1 

V V

2.4 Bài toán xác định khoảng giá trị pH

- Dung dịch muối trung hoà của axit mạnh và bazơ mạnh : pH=7

VD: NaCl, Na2SO4, KNO3, BaI2,…

-Dung dịch muối trung hoà của axit mạnh và bazơ yếu : pH< 7

VD: FeCl3, (NH4)2 SO4, ZnBr2,…

-Dung dịch muối trung hoà của axit yếu và bazơ mạnh : pH >7

VD: Na2CO3 , Na2SO3, K2S, Ba(CH3COO)2,…

-Dung dịch muối trung hoà của axit yếu và bazơ yêú : Tuỳ thuộc vào độ thuỷ phân của hai ion

Lưu ý: Dung dịch muối axit NaHSO4 : pH <7

Dung dịch muối axit NaHCO3 : pH >7

Ví dụ: Cho a mol CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch chứa 2a mol NaOH Dung dịch thu được có giá trị pH là bao nhiêu?

A: Không xác định B: PH > 7 C: PH < 7 D: PH = 7

Ta có: Vì số mol NaOH/ số mol CO2 =2 =>PTHH xảy ra:

2NaOH + CO2 Na2CO3

Dung dịch sâu phản ứng chỉ có: Na2CO3 ( là muối trung hoà của axit yếu và bazơ mạnh ) nên pH >7

3 Bài tập tự luyện:

Câu 1: Tỷ lệ thể tích dung dịch HCl có pH = 1 và dung dịch NaOH có pH =

13 cần dùng để pha trộn thành dung dịch có pH = 2 ( xem thể tích dung dịch

không thay đổi khi pha trộn ) là

A 9/11 B 11/9 C 10/9 D 9/10

Câu 2: (Đề thi tuyển sinh Đại học –cao đẳng khối B năm 2008) :