Chuyen de tinh ph acid yeu base yeu

Hóa học trung học phổ thông với nội dung tập trung vào chương 1 hóa 11 Sự điện li ưu tiên cho việc ôn thi học sinh giỏi.

CHUYÊN ĐỀ: PHẢN ỨNG ACID – BASE

1 Thuyết Acid - base

Có nhiều thuyết về Acid - base khác nhau Trong số đó, được sử dụng nhiều là thuyết Acid - base của Arrhenius và thuyết Acid - base của Bronsted- Lowry

1.1 Thuyết Acid - Base của Arrhenius (thuyết Acid - Base cổ điển)

Theo thuyết này thì Acid là những chất có khả năng phân li trong nước thành cation H+, còn base là những chất có khả năng phân li thành anion OH- Như vậy trong phân tử của Acid phải chứa hydrogen linh động

có khả năng ion hóa còn trong phân tử base phải chứa nhóm hiđroxi có khả năng ion hóa

Ví dụ: Acid HCl → H+ + Cl-

Base NaOH → Na+ + OHĐây là thuyết đơn giản về Acid và base Nó chỉ đề cập đến dung môi là H2O Nhiều trường hợp không giải thích được tính Acid-base của một số dung dịch Để giải thích các trường hợp này người ta đưa ra khái niệm sự thủy phân

-1.2 Thuyết proton về Acid - Base của Bronsted – Lowry

Theo thuyết này Acid là những chất có khả năng cho proton Base là những chất có khả năng nhận proton

Sử dụng thuyết này ta có thể giải thích đầy đủ tính Acid - base của các dung dịch trong các dung môi: H2O, khác nước như dung môi hữu cơ… và giải thích cho một số phản ứng Acid- base không có dung môi

2 Một số khái niệm liên quan

[A] ¿

→ 2

[ ].[ ].[ ]

*Hằng số điện li Ka của một Acid được dùng để đánh giá cường độ của Acid Giá trị của Ka càng lớn cường

độ Acid càng mạnh, ngược lại Ka càng nhỏ cường độ Acid càng yếu

Những Acid mà phân tử chứa hai hoặc hơn hai proton có thể tách ra được trong nước, những Acid đó được gọi là các đa Acid Trong dung dịch nước các đa Acid phân li lần lượt theo các nấc và ở mỗi nấc cho một proton Ứng với mỗi nấc, có một hằng số Acid (Ka) tương ứng

Ví dụ: Acid photphoric ( H3PO4 )

 Kb1 = 10-1.64 HPO42 H O2

2.2 Cặp Acid – base liên hợp

Theo Bronsted thì khi một Acid cho proton tạo ra một base liên hợp với nó Khi một base nhậnproton thì tạo ra Acid liên hợp với nó

Ở ví dụ này có các cặp Acidbase liên hợp: CH3COOH/CH3COO- và NH4+/ NH3

2.3 Quan hệ giữa K a và K b của một cặp Acid - base liên hợp (A/B)

 Tích số ion của H2O

H2O + H2O H3O+ + OH

-3

2 2

Nước nguyên chất ở 25oC: [OH-] = [H3O+] = 10-7M

Có thể suy ra: K H O2 = [H3O+].[OH-] = 10-14

Để đơn giản có thể viết: H2O H+ + OH

→ Ka.Kb = [H3O+].[OH-] = K H2O K H O2 = 10-14

Với: pKa = - lgKa; pKb = - lgKb; pKH2O K H O2 = - lgK H O2

1010

b a

K K

CN- + H2O HCN + OH- Kb = 10-4,65Tính Acid của CH3COOH mạnh hơn HCN thì tính base của CN- mạnh hơn CH3COO-

3.

Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch Acid mạnh, base mạnh

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch Acid mạnh

Ta được phương trình bậc 2 với ẩn là [H+]:

- Nếu Ca >> ≫10-7M, bỏ qua cân bằng điện li của H2O

[H+] = Ca

Ví dụ: Ca = 10 -4M → [H+] = 10-4M

- Nếu Ca ≈ 10-7M, từ (1) → [H+]2 - Ca[H+] - K H2O K H O2 = 0

→ [H+ ]2 - 10-7 [H+] - 10-14 = 0 → [H+ ] = 10-6,79 → pH = 6,79

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch base mạnh

MOH → M+ + OH

H2O H+ + OH- K H2O K H O2

[H+] - [OH-] + [M+] = 0 → [H+] -

2[ ]

H O

K

H K H2O

¿ ¿ + Cb = 0 [H+]2 + Cb [H+] - K H2O K H O2 = 0

- Nếu Cb >> 10-7M, bỏ qua cân bằng điện ly của nước

Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch Acid yếu, base yếu

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch Acid yếu đơn chức

H O

K

H

K H2O

¿ ¿ - [ ]

a a a

→ [H+ ] -

K a C a

a a a

H O

K

H +

[ ][ ]

a

K HA

H

Áp dụng đinh luật bảo toàn điện tích:

 Tính nồng độ cân bằng trong dung dịch Acid yếu đa chức

H3A H+ + H2A- Ka1 (1)

Nếu K1Ca >>K H O2

→

1 1

[ ]

a a a

C K H

Khái niệm: Là những dung dịch có khả năng chống lại sự thay đổi pH của môi trường khi ta thêm vào

dung dịch đó một lượng Acid mạnh, base mạnh không lớn lắm Khi pha loãng thì pH của dung dịch thay đổi không đáng kể

Thành phần hệ đệm có thể là:

- Một Acid yếu và một base yếu liên hợp với nó

- Muối Acid của Acid yếu

Công thức tính pH gần đúng của dung dịch đệm:

Khi [H+] , [OH-] << Ca, Cb thì [H+] = Ka Ca/Cb

Muối Acid là những muối mà ở gốc Acid còn nguyên tử H có khả năng phân li cho ion H+

Trong trường hợp tổng quát:

.[ ]

H O a a

→ [H+] =

1 1

H O a a

a a

Nếu Ka2C >>KH2O K H O2

và Ka1 -1C >> 1

→ [H+] = K K a1 a2 √K a1K a2 → pH = (pKa1 + pKa2)/2

6 Một số ví dụ áp dụng

được dung dịch có pH=3,5 Cho Ka= 1,8.10-5

Giải:

Gọi x là số gam CH3COOH cần thêm vào

CH3COOH CH3COO- + H+ Ban đầu: C

Phản ứng αC αCC αC αCC αC αCC

Cân bằng C(1-αC αC) αC αCC αC αCC

Ka = ¿ ¿

3 3

Thay αC αCC = 10-4, Ka = 1,8.10-5 vào, giải được C = 6,56.10-4

Khi thêm x(g) vào ta có:

Ka = ¿ ¿

3 3

trong 1mL A có 6,28.1028 ion và phân tử Acid không phân li (cho Ka = 1,8.10-5) Tính độ điện li của AcidCH3COOH

Giải: 1mol có 6,02.1023 phân tử nên 0,01 mol có chứa 6,02.1021 phân tử

pKa1= 2,13; pKa2 = 6,94 ; pKa3 = 11,50) Tính pH của dung dịch thu được

AsO43- + H2O HAsO42- + OH- Kb1 = 10-2,5

HAsO42- + H2O H2AsO4- + OH- Kb2 = 10-7,06

H2AsO4- + H2O H3AsO4 + OH- Kb3 = 10-11,81

H2O H+ + OH- K H2O K H O2

Vì Kb1 >> Kb2 >> Kb3 , Cb >>KH2O K H O2 nên trong dung dịch phản ứng sau là chủ yếu:

AsO43- + H2O HAsO42- + OH- Kb1 = 10-2,5

dung dịch thu được bằng 4,68 Cho H3PO4 có pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36.

Giải:

Gọi a là khối lượng Na2HPO4 12H2O phải đem hòa tan

H3PO4 có pKa1= 2,15; pKa2 = 7,21 ; pKa3 = 12,36

cho CH3COOH có pKa = 4,76, cho NH3 có pKb = 4,76

CH3COO- + H2O OH- + CH3COOH Kb = 10-9,24 (2)

Bỏ qua cân bằng của H2O So sánh (1) và (2) thấy Ka = Kb

Vậy dung dịch có môi trường trung tính hay pH = 7

Gọi m là khối lượng HCl thêm vào Ta có phương trình:

CH3COO- + H+ CH3COOH 0,3 m/36,5

0,3 - m/36,5 m/36,5

Ta có : pH = pKa + lg(Cb/Ca)

→ 6,22 = 4,76 + lg [( 0,3- m/36,5)/(m/36,5)]

Giải phương trình suy ra m = 0,365

Bài 6: Dung dịch A chứa Acid H2A nồng độ 0,100 M Nếu thêm 10,0 ml dung dịch KOH 0,100 M vào 10,0 ml dung dịch A thì thu được dung dịch B có pH = 4,01; còn nếu thêm 10,0 ml dung dịch KOH 0,200

M vào 10,0 ml dung dịch A thì thu được dung dịch D có pH = 9,11 Tính pH và nồng độ cân bằng các cấu

tử trong dung dịch A

giải:

Các phản ứng xảy ra khi trộn dung dịch :

H2A + KOH  KHA + H2O

KHA + KOH  K2A + H2O

TN1 : CV1 = CoVo TTGH : KHA Các cân bằng :

HA-   A2- + H+ K2

HA- + H2O   H2A- + OH- KWK2-1

H2O   OH- + H+ KWTheo định luật bảo toàn điện tích :

[H+] + [K+] - [OH-] - [HA-] - 2[A2-] = 0

 [K+] = [H2A]+ [HA-] + [A2-]  [H+] - [OH-] +[H2A] - [A2-] = 0

[H+] = 10-4,01; [OH-] = 10-9,99  bỏ qua [OH-] so với [H+] = 0,05

 h + 0,05(H2A-A) = 0 (I)

TN2 : CV1 = CoVo TTGH : K2A

Theo định luật bảo toàn điện tích :

[H+] + [K+] - [OH-] - [HA-] - 2[A2-] = 0

 [K+] = 2([H2A]+ [HA-] + [A2-])  [H+] - [OH-] +2[H2A] + [HA-] = 0

[H+] = 10-9,11; [OH-] = 10-4,89  bỏ qua [H+] so với [OH-]

 - [OH-] + 0,05(2H2A+HA) = 0 (II)

Giải hệ phương trình (I), (II) thu được : K1 = 3,38.10-3; K2 = 3,02.10-6

Tính toán cân bằng trong dung dịch chất điện li yếu

1 Cân bằng trong dung dịch Acid yếu :

Giả sử có một dung dịch acid yếu HA (HF, CH3COOH…), có nồng độ ban đầu là Co, độ điện li là ,hằng số phân li là Ka.

p.li Co  Co  Co

cb: Co – Co Co Co

Tại thời điểm cân bằng ta có :

Các công thức tính toán gần đúng được rút ra từ công thức (1) :

+ Vì HA là dung dịch chất điện li yếu nên    11   1 Ka 2Co (2)

Từ công thức (2) ta có thể suy ra công thức tính độ điện li  :

a o

KC

 

2 Cân bằng trong dung dịch base yếu

Xét dung dịch NH3 có nồng độ ban đầu là Co, độ điện li là , hằng số phân li là Kb.

Phương trình điện li :

NH3 + H2O  OH- + NH4+

4 b

p.li Co  Co  Co

cb: Co – Co Co Co

Tại thời điểm cân bằng ta có :

Các công thức tính toán gần đúng được rút ra từ công thức (1) :

+ Vì NH3 là dung dịch chất điện li yếu nên    11   1 Kb 2Co (2)

Từ công thức (2) ta có thể suy ra công thức tính độ điện li  :

b o

KC

 

Dạng 1 : Tính toán cân bằng trong dung dịch chứa một chất điện li yếu

Phương pháp giải Cách 1: Viết phương trình điện li, từ giả thiết ta tính toán lượng ion và chất tan trong dung dịch tại

thời điểm cân bằng, thiết lập hằng số cân bằng điện li Từ đó tính được nồng độ H + hoặc OH - trong dung dịch tại thời điểm cân bằng, sau đó trả lời các câu hỏi mà đề yêu cầu như : Tính pH của dung dịch, độ điện li …

p.li Co  Co  Co

cb: Co – Co Co Co

Tại thời điểm cân bằng ta có :

CH3COOH  HCOO- + H+ (1);

3 a

p.li Co  Co  Co

cb: Co – Co Co Co

Theo (1) và giả thiết ta thấy tổng nồng độ chất tan và ion ở thời điểm cân bằng là :

(Co – Co) + Co + Co = Co + Co

21 23

Phương trình phản ứng thủy phân :

CH3COO- + H2O  CH3COOH + OH- (1);

3 b

3

CH COOH OHK

ban đầu thì khối lượng CH3COOH cần phải cho vào 1 lít dung dịch trên là (Cho C=12; H=1; O=16) :

Hướng dẫn giải

Sử dụng công thức gần đúng Ka 2Cocho dung dịch chất điện li yếu CH3COOH

Gọi Co là nồng độ gốc của dung dịch CH3COOH, có độ điện li là  Sau khi thêm Acid CH3COOH vàodung dịch để độ điện li là 0,5thì nồng độ của dung dịch là C1

Vì hằng số cân bằng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nên ta có :

2

K  C và Ka (0,5 ) C 2 1 2Co (0,5 ) C 2 1 C1 4Co 0,4M

Khối lượng CH3COOH trong 1 lít dung dịch ban đầu là 0,1.60 = 6 gam

Tổng khối lượng CH3COOH trong dung dịch mới (có độ điện li giảm đi một nửa so với dung dịch banđầu) là 0,4.60 =24 gam Vậy khối lượng CH3COOH đã thêm vào là 24 – 6 =18 gam

Đáp án D.

Dạng 2 : Tính toán cân bằng trong dung dịch chứa một chất điện li yếu và một chất điện

li mạnh

Phương pháp giải Viết phương trình điện li, xác định những ion tham gia vào cân bằng điện li Từ đó ta tính toán lượng ion và chất tan trong dung dịch tại thời điểm cân bằng, thiết lập hằng số cân bằng điện li Tính được nồng

độ H + hoặc OH - trong dung dịch tại thời điểm cân bằng, sau đó trả lời các câu hỏi mà đề yêu cầu như : Tính pH của dung dịch, độ điện li …

Các ion tham gia vào cân bằng (2) là CH3COO - và H+

Từ (1) và (2) ta thấy tại thời điểm cân bằng :





 1,8.10-5 Giải phương trình ta có x = 1,8.10-5  pOH = –lg(1,8.10-5) = 4,74  pH = 14 – 4,745 = 9,26

Đáp án B.

Công thức tính nồng độ pH

I pH là gì?

Để đánh giá độ axitv và độ kiềm của dung dịch bằng nồng độ H+ Nhưng dung dịch thường dùng có nồng độ H+ nhỏ Để tránh ghi nồng độ H+ với số mũ âm, người ta dùng giá trị pH với quy ước như sau:

[H+] = 10-pH M

Nếu [H+] = 10-a M => pH = a

Ví dụ:

[H+] = 1,0.10-2M => pH = 2: môi trường axit

[H+] = 1,0.10-7M => pH = 7: môi trường trung tính

[H+] = 1,0.10-10M => pH = 10: môi trường kiềm

Thang pH thường có giá trị từ 1 đến 14

H+ biểu thị hoạt độ của các ion H+ (ion hidronium) được đo theo đơn vị là mol/l

Trong các dung dịch loãng như nước sông, hồ, nước máy, nước bể bơi thì chỉ số sẽ có giá trị sấp xỉ bằng nồng độ của ion H+

OH- là biểu thị hoạt độ của ion OH- (ion hydroxit) được đo theo đơn vị là mol/l

-Log là logarit cơ số 10

III Các công thức tính nồng độ pH của axit và bazo

1 Tính pH dung dịch axit

xác định nồng độ mol/l của ion H+ trong dung dịch ở trạng thái cân bằng

pH = -log [ H + ]

2 Tính pH của dung dịch bazo

xác định nồng độ mol/l của ion OH- trong dung dịch ở trạng thái cân bằng

pH = 14 – pOH = 14 + lg([OH-])

1 Công thức tính pH đối với axit

Dung dịch axit mạnh: pH = -log(Ca) trong đó Ca là nồng độ của axit

Dung dịch axit yếu: pH = -1/2.logKa -1/2.logCa với Ka là hằng số điện ly của axit (axit yếuchỉ bị điện ly 1 phần)

2 Công thức tính pH đối với bazo

Đối với bazơ mạnh: pH = 14 + log(Cb) ; Cb là nồng độ bazo

Bazơ yếu: pH = 14 +1/2logKb + 1/2.log(Cb) ; Kb là hằng số điện ly bazo

3 Cách tính pH đối với muối:

 Đối với dung dịch muối

CHUYÊN ĐỀ 13: CÂN BẰNG ION TRONG DUNG DỊCH

1.1 Sự điện li và chất điện li

1.2 Phân loại chất điện li

1.3 Acid - base theo Bronsted:

Acid là chất nhường proton (H+) Base là chất nhận proton (H+).

vừa có thể nhường proton, vừa có thể nhận proton HCO3 

3

[H ][H A ]K

[H A]



2 2

H A H HA 



2 a

2

[H ][H A ]K

[HA ]





2.2.2 Hằng số phân li base

Xét sự điện li của base yếu B trong nước

B + H2O    BH+ + OH b

[BH ][OH ]K

+ CHA → [H+]2 – CHA.[H+] – KW = 0Giải phương trình bậc 2 → [H+] → pH

b Nếu CXOH ≈ 1.10-7 M, cần xét đến sự điện li của nước

- CXOH → [H+]2 + CXOH.[H+] – KW = 0Giải phương trình bậc 2 → [H+] → pH

- 1.10-6 MTPGH: NaOH 1.10-6M, H2O

3.2 Acid yếu, base yếu

3.2.1 Đơn acid yếu

Đơn acid yếu có thể là

Xét dung dịch đơn acid yếu HA có nồng độ Ca

xK

+

a a

a

KC[H ] K

CH COOH

C

Ka = 0,01.10-4,76 = 10-6,76 >> KW → bỏ qua sự điện li của nước

Cân bằng chủ yếu trong dung dịch là

pH = 2,00 → bỏ qua sự điện li của nước

4 9,24 13,24 a





+ 4

a NH

a

KC

3.2.2 Đơn base yếu

Đơn base yếu có thể là

b

xK





Giải phương trình → x → pOH → pH

b Nếu Cb.Kb ≈ KW, cần xét đến sự điện li của H2O

[H ]C

CH COO

Kb = 0,10.10-9,24 = 10-10,24 >> KW → bỏ qua sự điện li của nước

Cân bằng chủ yếu trong dung dịch là



–

2 SO

a

[H ]C





[H ]0,01

Ví dụ 2: Tính pH dung dịch acid L(+)-tactric HO2CCH(OH)CH(OH)CO2H 0,01M

Biết acid tactric có pKai = 2,89; 4,40

Môi trường kiềm (có OH- dư)→ bỏ qua sự điện li của nước

Kb1 >> Kb2 >> Kb3 , cân bằng chủ yếu trong dung dịch là

Ví dụ: CH3COOH + CH COO3 

, NH4 

+ NH3, HCO3  CO32 , H PO2 4  HPO24  …Bản chất tác dụng đệm được thể hiện ở chỗ: khi thêm vào hệ một lượng ít acid mạnh thìbase liên hợp có mặt (A) sẽ thu proton để tạo ra một lượng tương đương acid yếu (HA), lượng nàytương đối bé so với lượng HA đã có sẵn do đó pH giảm không nhiều Còn nếu thêm vào hệ mộtlượng ít base mạnh thì nó sẽ bị HA trung hoà để tạo ra một lượng tương đương base yếu (A), lượngnày tương đối bé so với lượng base A đã có sẵn do đó pH tăng lên không đáng kể

Ví dụ 1: Tính pH của các dung dịch sau

a dung dịch gồm CH3COOH 0,5M và CH3COONa 0,2M

b dung dịch gồm CH3COOH 5.10-3 M và CH3COONa 0,2M

a Hằng số phân ly Ka2 của H3PO4 là 6,2.10-8 Tính pH của dung dịch chứa Na2HPO4 và NaH2PO4

với số mol bằng nhau

b Hỏi muốn chuẩn bị một dung dịch đệm có pH = 7,38 cần phải hoà tan bao nhiêu gam

NaH2PO4.H2O trong 1 lít dung dịch Na2HPO4 1M (Cho M(NaH2PO4.H2O)=138)

Giải

a nNa HPO 2 4 nNaH PO 2 4  CNa HPO 2 4 CNaH PO 2 4

Dung dịch trên là dung dịch đệm nên