Chuyên đề pH bồi dưỡng học sinh giỏi môn hoá học lớp 11

Chuyờn pH I pH định luật áp dụng tính pH pH Công thức tính: pH = -lg (H+ ) (H+ ) số hoạt độ ion hiđrô Trong dung dịch loãng pH = -lg[H+] Từ cân H2O H+ + HOKw = 10-14 pH + pOH = 14 Các định luật áp dụng tính pH 2.1 Định luật bảo toàn nồng độ: Nồng độ ban đầu cấu tử tổng nồng độ cân dạng tồn cấu tử có mặt dung dịch 2.2 Định luật bảo toàn điện tích: Dựa nguyên tắc dung dịch có tính trung hoà điện Tổng điện tích âm anion phải tổng điện tích dơng cation 2.3 Định luật tác dụng khối lợng: aA + bB cC + dD [C ] c [ D] d kc = [ A] a [ B ] b xét hoạt độ ion 2.4 Định luật bảo toàn proton (điều kiện proton): Nếu ta chọn trạng thái dd làm chuẩn (mức không) tổng nồng độ proton mà cấu tử mức không giải phóng tổng nồng độ proton mà cấu tử thu vào để đạt đến trạng thái cân VD: Dung dịch CH3COONa C1mol/l NaOHC2 mol/l NaOH Na+ + OHC2 CH3 COONa CH3COO- + Na+ Mức không: CH3COO-(C1), H2O H2O H+ + OHKw + CH3COO + H CH3COOH Ka-1 [H+] = ([OH-] - C2) - [CH3COO-] II Các dạng tập : axit mạnh: Axit mạnh (kí hiệu HY) nhờng hoàn toàn proton cho nớc HY + H2O H3O+ + Y(I-1) dung dịch [HY] [Y-] = CHY Các axit mạnh thờng gặp là: HCl; HBr; HI; HSCN; HClO 3; HBrO3; HNO3 (nấc 1); HClO4, HMnO4, v.v Cân (I-1) thờng đợc viết dạng đơn giản: HY H+ + Y(I-2) Trong dung dịch nớc trình (I-2) có trình phân li nớc Chuyờn pH H2O H+ + OH(I-3) Nh có trình cho proton phơng trình ddk proton có dạng: [H+] = [OH-] + [Y-] (I-4) hoặc: [H+] = [OH-] + CHY (I-5) Sự có mặt ion H+ HY phân li làm chuyển dịch cân (I-3) sang trái [OH-] < 10-7 Vì vậy, trờng hợp CHY >> 10-7 coi [H+] = CHY (I-6) nghĩa là, dung dịch phân li HY chiếm u phân li H2O xẩy không đáng kể 1.1 Tính pH, pOH H + , OH ,của dung dịch HCl 1,0.10-3M HCl H+ + Cl1,0.10-3 H2O H+ + OHCHCl >> 10-7 [H+] = CHCl = 1,0 10-3 pH = -lg (1.10-3) = 3,0 pOH = 14,0 - 3,0 = 11,0 [OH-] = 1,0 10-11M 1.2.Trộn 200ml dung dịch HCl có pH = 2,0 với 300ml HNO có pH = 3,0 Tính pH dung dịch thu đợc Dung dịch gốc: CoHCl = 10-pH = 1,0 10-2; CoHNO3 = 10-pH = 1,0 10-3 VoHCl = 200ml; Sau trộn: VoHNO3 = 300ml 1.10 2.200 C HCl = = 4,0.10 500 1.10 3.300 C HNO3 = = 6,0.10 500 HCl H+ + Cl HNO3 H+ + NO3 H2O H+ - OH Bởi CHCl, C HNO3 >> 10-7 nên không cần kể đến phân li nớc đk proton: [H+] = [Cl] + NO3 = CHCl + C HNO3 = 4.10-3 + 6.10-4 = 4,6 10 pH = -lg(4,6.10-3 ) = 2,33 Chú ý:Trong trờng hợp CHY 10-7 phải kể đến phân li nớc phép tính đợc thực đơn giản theo cân phân li H2O I.2.1.3: Nhỏ giọt HCl 3,4 10-3 M vào 300,00 ml nớc Tính pH dung dịch, biết thể tích giọt 0,03ml C HCl H2O 3,4.10 3.0,03 = = 3,4.10 M 300,03 Vì CHCl không lớn nhiều so với 10-7 nên cần phải kể đến phân li Chuyờn pH HCl H + Cl 3,4.10-7 H2 O H+ + OH KW =10-14 C 3,4.10-7 [] (3,4 10-7 + x) x Theo định luật tác dụng khối lợng ta có: x (3,4.10-7 + x) = 1,0 10-14 x2 + 3,4 10-7 x - 1,0 10-14 = x = 2,72 10 [OH ] = x = 2,72 10-8 [H+] = 1014/2,72 10-8 = 3,67 10-7 pH = 6,43 bazơ mạnh Các bazơ mạnh thờng gặp: LiOH; NaOH; KOH; RbOH; CsOH; FrOH; Ca(OH)2; Sr(OH)2; Ba(OH)2 (nấc 1) Trong dung dịch bazơ mạnh XOH có trình: - Cân ion hoá nớc H2O H+ + OH(I-7) - Cân thâu proton XOH: XOH + H+ X+ + H2O (I-8) XOH + H2O X+ (H2O) + OH (I-9) Một cách đơn giản viết trình xẩy dung dịch bazơ mạnh: XOH X+ + OH (I-10) + H2O H + OH (I-11) Điều kiện proton: [H+] = [OH] - C X + = [OH] - CXOH (I-12) [OH] = [H+] + CXOH (I-13) có mặt OH giải phóng từ (I-10) mà cân phân li nớc (I-11) chuyển dịch sang trái [H+] > 10-7 [OH] = CXOH nghĩa nồng độ OH dung dịch nồng độ bazơ mạnh 2.1:Tính [H+], [OH], pH dung dịch NaOH 1,0 10-4M NaOH Na+ + OH 1.10-4 H2O H+ + OH CNaOH >> 10-7 nên: [OH] = CXOH = 1,0.10-4 [H+] = Kw/ [OH] = 10-14/1,0 10-4 pH = -1g 1,0 10-10 = 10,0 Trong trờng hợp CXOH 10-7 phải kể đến phân li H 2O nh trờng hợp axit mạnh 2.2 Tính [H+], [OH], pH dung dịch thu đợc thêm 20,10ml dung dịch NaOH 1,00 10-3M vào 80,00ml dung dịch HCl 2,50 10-4M Sau trộn: + Chuyờn pH 1,00.10 3.20,10 C NaOH = = 2,008.10 M 100,10 2,50.10 4.80,00 C HCl = = 1,998.10 M 100,10 HCl + NaOH NaCl + H2O -4 1,998 10 2,008.10-4 1,01.10-4 Thành phần giới hạn: NaOH 1,00.10-6 , H2O Các trình: NaOH Na+ + OH 1,00.106 H2O H+ + OH KW = 10-14 C 1.10-6 [] x 1.10-6 +x Theo định luật tác dụng khối lợng: x (1.10-6 + x) = 10-14 x = 9,90 10-9 [H+] = 9,90.10-9 M; [OH] = 1,01 10-6M; pH = 8,00 3.Đơn AXit yếu Các axit yếu phân ly phần dung dịch có phản ứng axit Độ mạnh axit đợc đặc trng số phân li axit Ka số số phân li pKa = -lgKa Dĩ nhiên Ka lớn hay pKa bé axit mạnh Các axit yếu tồn dạng phân tử, cation, anion Ví dụ: Phân tử: HCN H+ + CN Ka = 10-9,35; pKa = 9,35 H+ + NH3 Ka = 10-9,24; pKa = 9,24 cation: NH 4+ anion: HSO4 H+ + SO42 Ka = 10-1,99; pKa = 1,99 Trong trờng hợp tổng quát dung dịch axit HA có trình sau: H2O H+ - OH KW (I-15) + HA H +A Ka (I-16) Theo định luật td khối lợng áp dụng ta có: Phản ứng [ H + ][ A ] = Ka HA (coi fi = 1) (I-17) hay [H+] [A] = Ka [HA] (I-18) Tích số ion hai trình [H+] [OH] = KW (I-19) [H+] [A] = Ka[HA] KaCHA (I-20) Nếu KW > KW, cân (2) chủ yếu: HCOOH H+ + HCOO Ka = 1,78 10-4 C 0,10 [] 0,10 x x x x2 = 1,78.10 0,10 x Giả sử: x Ka2C2(10-10,24) > KW nên tính [H+] theo (2): CH3COOH CH3COO + H+ 10-4,76 C 0,010 [] 0,010 - x x x x2 = 104,76 x = 103,38 = 4,17.104 M 0, 010 x [H+] = 4,17 10-4 pH = 3,38 Từ cân (3): [NH3] = 10-9,24 0,1 = 10 6,86 > Kb2C2 >> KW phép tính đợc thực theo cân (I-57) Nếu Kb1C1 Kb2C2 >> Kw phải tính theo phơng trình ĐKP: [H+] = [OH] - [HA1] - [HA2] (I-59) [H+] = với giá trị tính gần đúng: [H+] = Kw + K a11[ A1 ] + K a22 [ A2 ] Kw K a11C1 + K a22C2 (I-60) (I-61) 5.4.1: Tính pH dung dịch NH3 C1 = 0,100M natri axetat NaAx C = 0,100M NaAx Na+ + Ax H2O H+ + OH Kw = 10-14 (1) NH3 + H2O H+ + OH Kb1 = 10-4,76 (2) Ax + H2O HAx + OH Kb2 = 10-9,24 (3) Kb1C1 >> Kb2C2 >> KW Từ (2) ta tính đợc: [OH] = 10-2,88 = 1,32 10-3M [H+] = 7,58 10-12 M, pH = 11,12 5.4.2: Tính pH dung dịch KCN C1 = 0,100M (pKa1 = 9,35) NH3 C2 = 0,100M (pKa2 = 9,24) KCN K+ + CN CN + H2O HCN + OH Kb1 = 10-4,65 (1) NH3 + H2O NH+4 + OH Kb2 = 10-4,76 (2) H2O H+ + OH KW = 10-14 (3) Kb1C1 >> Kb2C2 >> KW áp dụng (II - 72) [H ] = + 10 14 12 = , 01 10 M 109,35.10 + 109, 24.10 pH = 11,26 11 Chuyờn pH 10 9,35 0,100M * Việc kiểm tra cho thấy: [CN ] = 0,100 5,01.10 12 + 10 9,35 10 9, 24 0,100M [NH3] = 0,100 5,01.10 12 + 10 9, 24 Vậy cách giải gần theo ĐKP chấp nhận đợc 5.5: Hỗn hợp axit yếu bazơ liên hợp Xét dung dịch chứa axít HA (CHA = Ca) bazơ liên hợp NaA (CNÂ = Cb) Trong dung dịch trình: NaA Na+ + A Cb H2O H+ + OH Kw (I-62) + HA H +A Ka (I-63) Ca Cb A + H2O HA + OH Kb (I-64) Ca [ HA] K (I-65) a Cb A Ca >> 10 cân (I-63) chiếm u Trong trờng hợp K a Cb Ca >> 10 dựa vào để đánh giá phần cân Trong trờng hợp K a Cb [H+] = K a dựa vào (I-64) để đánh giá thành phần cân 5.5.1:Tính pH hỗn hợp HCOOH 1,00.10-2M HCOONa 1,00.10-3M HCOONa Na+ + HCOOCb = 1,00.10-3 H+ + HCOO- Ka = 10-3,75 HCOO (1) -2 Ca = 1,00.10 Ca 3, 75 10 Ka = 10 = 10 2,75 >> 10 Cb 10 Từ (1) C [] HCOOH 1,00.10-2 (10-2 - x) H+ + HCOO1,00.10-3 x (10-3 + x) Ka x(10 + x) = 10 3,75 10 x x2 + (10-3 + 10-3,75)x - 10-5,75 = x2 +1,178.10-3 x - 1,78.10-6 = x = [H+] = 8,69.10-4, pH = 3,06 Nếu tính theo (II-76) pH = 2,75 5.2.2: Tính pH hỗn hợp HCN 1,00.10-3 KCN 0,100M KCN K+ + CNCb = 0,100M 12 HCN Ca = 1.10-3 M Chuyờn pH Cb = 1,00.10-3 H+ + CNKa = 10-9,35 Ca 9,35 10 Ka = 10 = 10 11,35 [...]... 1,32 10-3M [H+] = 7,58 10-12 M, pH = 11, 12 5.4.2: Tính pH của dung dịch KCN C1 = 0,100M (pKa1 = 9,35) và NH3 C2 = 0,100M (pKa2 = 9,24) KCN K+ + CN CN + H2O HCN + OH Kb1 = 10-4,65 (1) NH3 + H2O NH+4 + OH Kb2 = 10-4,76 (2) H2O H+ + OH KW = 10-14 (3) Kb1C1 >> Kb2C2 >> KW áp dụng (II - 72) [H ] = + 10 14 12 = 5 , 01 10 M 109,35.10 1 + 109, 24.10 1 pH = 11, 26 11 Chuyờn pH 10 9,35 0,100M * Việc kiểm... x = 1,07.10-3; [H+] = 9,35.10-12 pH = 11, 03 Tính theo (I-65) thì pH = 11, 35 Trong trờng hợp tổng quát có thể tính gần đúng theo ph ng trình ĐKP áp dụng cho HA (Ca), A-(Cb) [H+] = [OH-] + [A-] - CAh= Kw [ HA] + Ka CB h h Kết quả tính theo ph ng trình gần đúng h2 + Cbh - (Kw +KaCa) = 0 Sẽ cho ta [H+] = h (I-66) Từ (I-66) ta thấy Kw Kb2C2 >> KW thì ph p tính đợc thực hiện theo cân bằng (I-57) Nếu Kb1C1 Kb2C2 >> Kw thì ph i tính theo ph ng trình ĐKP: [H+] = [OH] - [HA1] - [HA2] (I-59) và [H+] = với giá trị tính gần đúng: [H+] = Kw 1 + K a11[ A1 ] + K a22 [ A2 ] Kw K a11C1 + K a22C2 (I-60) (I-61) 5.4.1: Tính pH của dung dịch NH3 C1 = 0,100M và natri axetat NaAx C 2 = 0,100M NaAx Na+ + Ax H2O H+ + OH Kw = 10-14... cú pH l bao nhiờu? Cõu 2: Trn 300 ml dd HCl 0,05 M vi 200 ml dd Ba(OH) 2 x mol/l thu c 500 ml dd cú pH= 2 Tỡm x Cõu 3: Trn 300 ml dd HCl 0,05 M vi 200 ml dd Ba(OH) 2 a mol/l thu c 500 ml dd cú pH= 12 Tỡm a Cõu 4: Trn 100ml dd H2SO4 0,01M vi 400ml dd Ba(OH)2 nng a mol/l thu c m gam kt ta v dd cũn li cú pH= 12 Tỡm m v a Cõu 5: Trn 300ml dd HCl 0,05M vi 200ml dd Ba(OH)2 nng a mol/l thu c 500ml dd cú pH= x ... 14,0 - 3,0 = 11, 0 [OH-] = 1,0 10-11M 1.2.Trộn 200ml dung dịch HCl có pH = 2,0 với 300ml HNO có pH = 3,0 Tính pH dung dịch thu đợc Dung dịch gốc: CoHCl = 10 -pH = 1,0 10-2; CoHNO3 = 10 -pH = 1,0... pH 6,58 Nếu không tính ph n li H3O [H+] = K a C = 10 6,62 pH = 6,62 đơn bazơ yếu Chuyờn pH Một ph n bazơ yếu ph thuộc vào số bazơ K b số số bazơ pKb = - lgKb Hằng số Kb đợc tổ hợp từ số ph n... 9,90.10-9 M; [OH] = 1,01 10-6M; pH = 8,00 3.Đơn AXit yếu Các axit yếu ph n ly ph n dung dịch có ph n ứng axit Độ mạnh axit đợc đặc trng số ph n li axit Ka số số ph n li pKa = -lgKa Dĩ nhiên Ka