Phát triển năng lực nhận thức và tư duy học sinh phổ thông qua bài tập dung dịch chất điện li trên cơ sở hóa học

1 Mở đầu:  Lí chọn đề tài Hiện cơng trình nghiên cứu thực trạng Giáo dục Việt Nam cho thấy: chất lượng nắm vững kiến thức học sinh chưa cao, đặc biệt việc phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, lực nhận thức, lực tự phát giải vấn đề khả tự học chưa rèn luyện mức Từ thực tế nhiệm vụ cấp thiết đặt cho ngành Giáo dục phải đổi Phương pháp giảng dạy : lấy học sinh làm trung tâm, để bồi dưỡng cho hoc sinh lực tư sáng tạo, lực giải vấn đề Người giáo viên phải truyền thụ kiến thức chương trình qui định mà phải hình thành cho học sinh phương pháp học tập độc lập , sáng tạo Mặt khác nghiên cứu chương trình sách giáo khoa hố học phổ thơng chúng tơi nhận thấy: kiến thức sở hố học phân tích tăng cường giúp cho học sinh hiểu vấn đề rõ ràng, chất, đặc biệt q trình hố học xảy dung dịch: cân axit – bazơ , cân oxi hố - khử, cân tạo hợp chất tan Trên sở vận dụng kiến thức vào giải thích tượng hố học xảy ra, dự đốn tượng lí thuyết, nhận có mặt chất, ion dung dịch cách nhanh chóng, xác, ngắn gọn Với mong muốn dạy tốt mơn hố học phổ thơng nội dung chương trình sách giáo khoa tơi lựa chọn hướng nghiên cứu vận dụng sở lí thuyết hố học phân tích định tính giúp học sinh hiểu rõ chất q trình hố học, vận dụng giải dạng tập giải thích dự đốn tượng hoá học, nhận biết chất dung dịch chất điện li, hướng sử dụng tập vào giảng dạy phổ thơng nhằm phát triển lực nhận thức tư học sinh phổ thơng Với lí nêu tơi để góp phần nâng cao chất lượng dạy học nhà trường THPT mạnh dạn đưa sáng kiến kinh nghiệm: : “Phát triển lực nhận thức tư học sinh phổ thông thông qua tập dung dịch chất điện li sở hoá học phân tích định tính.”  Mục đích nghiên cứu SKKN thực với mục đích: Vận dụng kiến thức hố học phân tích định tính nghiên cứu chất q trình hố học dung dịch chất điện li, đề tập phương pháp giải tập dung dịch chất điện li, tập nhận biết nhằm phát triển lực nhận thức tư học sinh  Đối tượng nghiên cứu: + Nghiên cứu sở lí luận lực nhận thức, tư học sinh + Nghiên cứu chương trình hố học phổ thơng, hệ thống kiến thức sở hố học phân tích định tính khả vận dụng giảng dạy chương trình hố học phổ thơng + Lựa chọn xây dụng hệ thống tập dung dịch chất điện li, tập nhận biết mức độ nhận thức khác + Đề xuất phương hướng phân tích đề phương thức giải tối ưu dạng tập giảng dạy hoá học để rèn luyện tư học sinh  Phương pháp nghiên cứu: - Phân tích lí luận vấn đề có liên quan đến đề tài - Nghiên cứu thực tiễn, quan sát trò chuyện với học sinh, giáo viên - Tham khảo sách báo ,giáo trình, tài liệu có liên quan  Những điểm SKKN: + Tính giải pháp: Việc phát triển lực nhận thức tư học sinh Phổ thông đạt hiệu cao giáo viên xác định nội dung kiến thức áp dụng, mở rộng, phát triển để làm rõ mối quan hệ chất, chất q trình hố học, từ áp dụng giải thích tượng hố học học tập đời sống + Tính sáng tạo giải pháp: Đồng thời việc lựa chọn xây dựng hệ thống tập phù hợp lực nhận thức với đối tượng học sinh thu hút học sinh, thúc đẩy em chủ động, tích cực, sáng tạo học tập tu rèn đạo đức Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Khái niệm nhận thức - Nhận thức ba mặt đời sống tâm lí người (nhận thức, tình cảm, hành động ), tiền đề hai mặt đồng thời có quan hệ chặt chẽ với chúng với tượng tâm lí khác - Hoạt động nhận thức bao gồm nhiều q trình khác chia thành hai giai đoạn lớn: + Nhận thức cảm tính ( cảm giác tri giác ) + Nhận thức lí tính ( tư tưởng tượng) 2.1.2 Năng lực nhận thức biểu Năng lực nhận thức xem lực trí tuệ riêng người, biểu nhiều góc độ khác Các nhà tâm lí học xem trí tuệ nhận thức người bao gồm nhiều lực riêng rẽ xác định thông qua số IQ (chỉ số thông minh) Năng lực nhận thức biểu nhiều mặt, cụ thể là: - Mặt nhận thức : nhanh biết, nhanh hiểu, nhanh nhớ, biết suy xét tìm logic vấn đề nhanh chóng - Tưởng tượng: óc tưởng tượng phong phú, nhanh chóng hình dung hình ảnh nội dung miêu tả - Hành động: nhanh trí, linh hoạt, tháo vát, sáng tạo - Phẩm chất : có óc tò mò, lòng say mê , hứng thú làm việc Còn trí thơng minh tổng hợp lực trí tuệ người (quan sát, ghi nhớ, tưởng tượng, tư ) đặc trưng tư độc lập tư sáng tạo nhằm ứng phó tình 2.1.3 Sự phát triển lực nhận thức cho học sinh Việc phát triển lực nhận thức cho học sinh thực chất hình thành phát triển lực tư linh hoạt, sáng tạo Do điều quan trọng với học sinh phải thường xun có hệ thống hình thành lực nhận thức cho học sinh Hình thành lực nhận thức cho học sinh qua bước sau: + Bắt đầu lực quan sát, phát triển trí nhớ tưởng tượng + Trau dồi ngơn ngữ , nắm vững kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo, phương pháp nhận thức + Tu rèn đạo đức nhân cách Để phát triển lực nhận thức cho học sinh cần đảm bảo yếu tố + Vốn di truyền tư chất tối thiểu cho học sinh + Vốn kiến thức tích luỹ phải đầy đủ hệ thống + Phương pháp dạy phương pháp học phải thực khoa học + Có ý đặc điểm lứa tuổi đảm bảo điều kiện vật chất, tinh thần Trong trình tổ chức hoạt động học tập giáo viên phải ý hướng bản: + Sử dụng phương pháp dạy học mang tính nghiên cứu, kích thích hoạt động nhận thức, rèn luyện tư độc lập sáng tạo + Hình thành phát triển học sinh lực tự giải vấn đề, tăng cường tính độc lập hoạt động, học sinh phải biết lập kế hoạch làm việc, phân tích nhiệm vụ học tập, đề phương pháp giải vấn đề độc lập, sáng tạo, hợp lí + Cần phải ý hoạt động tập thể lớp học, học sinh khơng trình bày phương pháp mà phải biết so sánh, đánh giá phương pháp bạn, điều thúc đẩy quan hệ xã hội mở rộng, tư nhận thức phát triển 2.1.4 Khái niệm tư Theo định nghĩa M.N.Sacđacôp : tư nhân thức khái quát gián tiếp vật tượng thực dấu hiệu, thuộc tính chungvà chất chúng Tư nhận thức sáng tạo vật , tượng riêng lẻ thực sở kiến thức khái quát hoá thu nhận 2.1.5 Tư hoá hoc phát triển tư hố học thơng qua tập hố học - Tư hoá học: đặc trưng phương pháp nhận thức hoá học nghiên cứu chất, trình biến đổi chất, qui luật chi phối q trình - Phát triển tư hố học cho học sinh qua tập hoá học Bài tập hoá học: cho học sinh làm để củng cố, vận dụng kiến thức hoá học học, bao gồm câu hỏi toán hố học Trong hồn thành tập hố học học sinh nắm hoàn thiện tri thức, mộy kĩ đó, cách trả lời miệng viết tự luận trắc nghiệm khách quan 2.2.Thực trạng vấn đề trước áp dụng SKKN Trong dạy học hố học nâng cao chất lượng dạy học phát triển lực nhận thức học sinh nhiều cách nhiều phương pháp khác Trong sử dụng hướng dẫn giải tập hố học phương pháp dạy học có nhiều tác dụng tích cực đến việc rèn luyện phát triển lực nhận thức tư học sinh Mặt khác thơng qua việc giải tập hố học thước đo khả nắm vững kiến thức kĩ hoá học học sinh Hiện có nhiều sách tập hố học chứa đựng khối lượng lớn tập hoá học, điều quan trọng việc lựa chọn sử dụng có hiệu tập vào giảng dạy hoá hoc Giáo viên cần nghiên cứu tập hoá học sở tư học sinh mà sử dụng tập hố học để nêu vấn đề nhận thức ,hướng dẫn học sinh phân tích để giải vấn đề theo nhiều cách khác nhau, qua mà phát triển lực nhận thức tư cho học sinh Đây yêu cầu cấp thiết giáo viên hoá học giai đoạn đổi chương trình sách giáo khoa mơn học phổ thông 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề: 2.3.1 Kiến thức phân tích định tính cần nắm vững khả vận dụng Phản ứng dung dịch thiết lập nhiều cân khác có cân axit-bazơ Cân có vị trí vơ quan trọng trường phổ thông nghiên cứu nhiều có nhiều ứng dụng để giải vấn đề liên quan đến tượng hóa học dung dịch Cơ sở lí thuyết phân tích định tính cân axit-bazơ áp dụng trường phổ thông cần nắm vững là: - Các định nghĩa axit, bazơ , dung dịch axit, dung dịch bazơ - Độ pH dung dịch - Qui luật độ mạnh axit, bazơ - Cặp axit-bazơ liên hợp, chiều phản ứng axit-bazơ - Bản chất phản ứng axit-bazơ - Quan hệ số axit, số bazơ Vận dụng kiến thức giúp học sinh giải vấn đề sau: - Viết phương trình phản ứng từ cặp axit-bazơ - Giải thích tính axit-bazơ chất dung dịch - Đánh giá pH dung dịch - So sánh độ mạnh yếu axit-bazơ - Tính tốn nồng độ cân chất phản ứng axit-bazơ 2.3.2 Hệ thống kiến thức cân axit-bazơ Có nhiều học thuyết axit, bazơ : thuyết Areniuyt, Bronsted-Lauri, Lewis, Uxanovic, Thuyết hệ dung mơi Chương trìng Hố học phổ thông đưa thuyết : Areniuyt, Bronsted-Lauri chủ yếu áp dụng cho dung môi nước Hai thuyết giả thích phần lớn tượng hoá học liên quan đến axit, bazơ chương trình hố học phổ thơng Trong thuyết Bronsted-Lari có nhiều ưu điểm a Thuyết Areniuyt Nội dung thuyết giới thiệu cho học sinh từ chương trình Hố học Trung học sở - Theo thuyết : + Axit : chất tan nước phân li H+ + Bazơ : chất tan nước phân li OH- Tức : axit chất mà phân tử phải có nguyên tử H, bazơ phân tử phải có nhóm -OH để phân li cho H+, OHCách hiểu đơn giản, dễ nhớ, phù hợp với học sinh bắt đầu học hố học Tuy nhiên cách có số hạn chế : + Chỉ áp dụng dược cho dung mơi nước + Khơng giải thích tính axit, bazơ số chất : VD : NH3 : bazơ phân tử khơng có nhóm –OH SO2 axit phân tử khơng có nhóm –H - Để giải vấn đề Areniuyt đưa khái niệm thuỷ phân: VD : NH3 + H2O NH4OH : Bazơ SO2 + H2O H2SO3 : Axit Nhưng thực tế, nhiều lí thuyết thí nghiệm đại chứng minh dung dịch không tồn phân tử NH4OH, ta thấy thuyết Areniuyt có hạn chế điểm chưa xác b Thuyết Bronsted-Lauri - Thuyết giới thiệu cho học sinh sau học xong chương ‘sự điện li’ chương trình Hố học 11- PTTH Thuyết khắc phục khuyết điểm Areniuyt sử dụng rộng rãi chương trình Hố học phổ thông - Theo thuyết Brosted-Lauri: + axit : chất có khả cho proton + bazơ : chất có khả nhận proton VD : HCl axit mơi trường nước HCl + H2O H3O+ + ClNH3 bazơ mơi trường nước : NH3 + H2O NH4+ + OHHCO3- axit hay bazơ: HCO3- + H2O H2CO3 + OHHCO3- + H2O CO32- + H3O+ + Vậy theo thuyết Brosted- Lauri : axit, bazơ phân tử hay ion, chất vừa axit, vừa bazơ - Ưu điểm thuyết Bronsted-Lauri : giải thích tính chất axit bazơ chất dung dịch áp dụng cho dung mơi Tuy nhiên chương trình Hố học phổ thơng áp dụng cho dung mơi nước nên việc dùng thuyết Bronsted-Lauri Areniuyt thu kết c Cặp axit-bazơ - Mỗi axit cho proton biến thành bazơ liên hợp với nó, - Mỗi bazơ nhận proton biến thành axit liên hợp với Nghĩa có trình thuận nghịch : A H+ + B Trong : A/B tạo thành cặp axit-bazơ liên hợp VD : HCOOH + H2O HCOO- + H3O+ cặp axit-bazơ liên hợp : HCOOH/HCOO- H3O+/H2O NH4+ + H2O NH3 + H3O+ Cặp axit-bazơ liên hợp : NH4+/NH3 - Trong cặp axit-bazơ liên hợp: dạng axit mạnh dạng bazơ yếu ngược lại, dạng bazơ mạnh dạng axit yếu d Hằng số cân axit-bazơ Để phân loại độ mạnh tương đối axit-bazơ ta dùng số phân li axit, bazơ * Hằng số phân li axit : CB : HA H+ + A- ; Ka Ka= gọi số phân li axit Ý nghĩa : Ka lớn lượng H+ phân li nhiều, axit mạnh Ngược lại Ka bé H+ phân li ít, axit yếu VD : xét axit sau: NH4+ NH3 + H+ ; Ka = 10-9,24 Ka nhỏ, axit yếu CH3COOH CH3COO- + H+ ; Ka = 10-4,75 Ka nhỏ, axit trung bình HNO3  H+ + NO3- ; Ka lớn, phân li hoàn toàn, axit mạnh * Hằng số phân li bazơ: CB : B + H2O HB + OHHằng số phân li bazơ : Kb = Ý nghĩa Kb tương tự Ka, Kb lớn bazơ mạnh ngược lại K b bé bazơ yếu VD : xét bazơ sau NaOH  Na+ + OH- ; Là bazơ mạnh, phân li hoàn toàn NH3 + H2O NH4+ + OH- : Kb = 10-4,76 Kb nhỏ, bazơ trung bình CCl3COO- + H2O CCl3COOH + OH- ; Kb = 10-13,34 Kb nhỏ, bazơ yếu * Mối quan hệ Ka Kb : CB nước : H2O H+ + OH- ; Kw = [H+].[OH-] Kw = 10-14: tích số ion nước, nhiệt độ khác Kw khác nhiệt độ định Kw số, thường sử dụng 250C Mối quan hệ Ka, Kb Ka.Kb = Kw ( tự chứng minh công thức ) d Độ pH dung dịch Để biểu diễn độ axit bazơ dung dịch ta dùng nồng độ ion H+ , cách biểu diễn có điều bất lợi : nồng độ ion H + nhỏ phải dùng luỹ thừa âm cồng kềnh Do người ta đưa khái niệm độ pH để đánh giá độ kiềm, axit dung dịch - Qui ước : pH = -lg[H3O+] pH = -lg[H+] : [H+] = 10-pH M - nhiệt độ 250C : pH dung dịch sau : môi trường axit : [H+] > 10-7 M pH < môi trường bazơ : [H+] < 10-7 M pH > mơi trường trung tính : [H+] = 10-7 M pH = - Thang pH : lí thuyết pH lấy giá trị , thực tế pH thường lấy giá trị từ -> 14 , nên thang pH thường dùng từ đến 14 - Độ pH có ý nghĩa to lớn thực tế Chẳng hạn máu người động vật có giá trị pH khơng đổi nghiêm ngặt, cối sinh trưởng dung dịch đất pH định phù hợp cây, tốc độ ăn mòn kim loại nước phụ thuộc nhiều vào pH e Chỉ thị axit-bazơ - Chỉ thị axit-bazơ chất có màu biến đổi theo pH dung dịch - Bản chất thị axit-bazơ axit bazơ yếu có màu dạng axit bazơ liên hợp khác Bảng số chất thị axit-bazơ - Nhận xét : thị có khoảng chuyển màu định, để dánh giá pH Chất thị Khoảng pH đổi màu Màu dạng axit Màu dạng bazơ Quỳ tím 5,0 – 8,0 đỏ Xanh Phenolphtalein 8,0 – 9,8 khơng màu đỏ dung dịch gần xác phải chọn thị có khoảng chuyển màu phù hợp - Chỉ thị xác định gần pH dung dịch muốn xác phải dùng máy đo pH f Phản ứng axit-bazơ Chiều hướng phản ứng axit-bazơ - Xét phản ứng : Ax1 H+ + Bz1 ; Ka1 Bz2 + H+ Ax2 ; Ka2-1 TQ Ax1 + Bz2 Bz1 + Ax2 ; K = Ka1.Ka2-1 Một cách tương đối : - Khi K > Ka1 > Ka2 phản ứng theo chiều thuận - Khi K < 1Ka1 < Ka2 phản ứng theo chiều nghịch Vậy chiều phản ứng : Ax mạnh + Bazơ mạnh -> Bazơ yếu + Axit yếu Sau đề xuất dạng tập : xác định mơi trường dung dịch, tính pH cân dung dịch, mối liên hệ nồng độ chất pH dung dịch Sau ta xét dạng cụ thể 2.3.3 Các dạng tập 2.3.3.1 Dạng tập : Xác định môi trường dung dịch Bài : Theo thuyết Bronsted-Lauri chất sau axit, bazơ, trung tính hay lưỡng tính ? K2S, C6H5COOH, C6H5NH2, NH4HSO4, Fe(ClO4)3, H2SO4, AlCl3, NaNO3, CH3NH2, CH3COONH4, NaHCO3, Na3PO4, NaH2PO4 Hướng dẫn : - Để giải tập trước hết học sinh phải nắm vững định nghĩa axit,bazơ theo thuyết Bronsted-Lauri : axit cho proton, bazơ nhận proton - Viết phương trình cho nhận proton để chứng minh Lời giải : Xét tính axit-bazơ chất: * K2S  2K+ + S2K+ : ion trung tính S2- : bazơ S2- nhận proton H2O S2- + H2O HS- + OHHS- + H2O H2S + OH* C6H5COOH : axit : C6H5COOH C6H5COO- + H+ * NaNO3 : trung tính * HCO3- : lưỡng tính ion vừa nhận, vừa cho proton HCO3- + H2O H2CO3 + OH- : bazơ HCO3- + H2O CO32- + H3O+ : Là axit * Tương tự cho chất lại : bazơ : K2S, C6H5NH2, CH3NH2, Na3PO4 axit : C6H5COOH, NH4HSO4, Fe(ClO4)3, H2SO4, AlCl3, trung tính : K+, Na+, Cl-, NaNO3, ClO4-, CH3COONH4 lưỡng tính : HSO4-, HCO3-, H2PO4- Bài 2: xác định môi trường dung dịch sau: NH 4Cl, Na2SO4, Na2CO3, KCl, CH3COONa,NaHSO4,CH3COONH4, C6H5ONa, CH3NH2, Na2HPO4, NaHCO3, NaH2PO4 Hướng dẫn : - Bài tập giống tập 1, ta phải : + Xác định chất axit hay bazơ, tìm Ka, Kb axit hay bazơ + Viết cân có dung dịch , dựa vào K a, Kb so sánh tỉ lệ ion + H OH- có dung dịch từ rút kết luận cần thiết - Có thể đánh giá tương đối môi trường dung dịch muối sau : + Muối axitvà bazơ có độ mạnh yếu tương đương : trung tính + Muối axit mạnh, bazơ yếu : môi trường axit + Muối axit yếu, bazơ mạnh : môi trường bazơ + Đối với chất lưỡng tính : cần so sánh Ka, Kb nó: Ka > Kb : mơi trường axit Ka < Kb : Môi trường bazơ Ka Kb : mơi trường trung tính Lời giải :  Dung dịch NH4Cl : môi trường axit CB : NH4+ NH3 + H+; Ka = 10-9,24 H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 So sánh cân ta thấy Ka > Kw nên [H+] > [OH-] , Vậy dung dịch axit  Dung dịch Na2SO4 : mơi trường trung tính CB : H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 SO42- + H2O HSO4- + OH- : Kb = 10-12 Kw Kb nên [H+] [OH-] dung dịch có mơi trường trung tính  Dung dịch Na2CO3 : môi trường bazơ CB: CO32- + H2O HCO3- + OH- ; Kb = 10-3,67 H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 Kb>> Kw nên [H+] < [OH-] , môi trường bazơ  Làm tương tự cho trường hợp lại ta có kết luận : axit : NH4Cl, NaHSO4, NaH2PO4 bazơ : Na2CO3, CH3COONa, C6H5ONa, CH3NH2, Na2HPO4, NaHCO3 trung tính : Na2SO4, KCl, CH3COONH4 2.3.3.2 Dạng tập : Tính pH dung dịch Nguyên tắc : - Mô tả đầy đủ cân dung dịch, chọn cân ưu nhờ so sánh tích K.C, có cân (1) ,(2) mà K1.C1>10-4 K2.C2 bỏ qua cân (2) so với (1) - Ta áp dụng định luật hố học để tìm nồng độ H +, tính pH dung dịch yếu tố cân khác - Phạm vi giới hạn áp dụng : axit mạnh, bazơ mạnh; đơn axit yếu, đơn bazơ yếu; đa axit yếu nấc chính, đa bazơ yếu nấc chính, hỗn hợp đơn axit yếu bazơ yếu, muối axit Sau ta xét cụ thể minh hoạ : Bài : Tính pH dung dịch sau có nồng độ 0,01 M Axit HCl, H2SO4, NaOH, Ba(OH)2 Đơn axit yếu: CH3COOH, đơn bazơ yếu : NH3 Đa axit yếu H3PO4, đa bazơ yếu : Na2CO3 10 Lời giải : 1* Trong dung dịch HCl 0,01 M : có cân dung dịch : HCl  H+ + ClH2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 Vì CHCl =0,01 >> 10-7 nên coi dung dịch H+ HCl phân li ra, [H+] = CHCl = 0,01 M Vậy pH = -lg[H+] = -lg0,01 = * Trong dung dịch H2SO4 0,01 M: Tương tự đa axit mạnh nấc 1, nấc trung bình nên: H2SO4  H+ + HSO40,01 0,01 0,01 HSO4 H+ + SO42- ; Ka = 10-2 Ban đầu : 0.01 0,01 CB: 0,01-x 0,01+x x áp dụng định luật tác dụng khối lượng ta tính : x = 4,14.10-3  [H+]= 0,01 + x = 0,01414 M , pH = 1,85 * Trong dung dịch NaOH 0,01 M : CB : NaOH → Na+ + OHH2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 Bỏ qua CB nước : [OH-] = CNaOH = 0,01 M [H+] = Kw/[OH-] = 10-12 Vậy pH = 12 * Trong dung dịch Ba(OH)2 0,01 M : đa bazơ nấc mạnh nên [OH-] = 2CBa(OH)2 = 0,02 M, [H+] = 5.10-13 pH= 12,30 * Trong dung dịch CH3COOH 0,01 M : CB : CH3COOH CH3COO- + H+ ; Ka = 10-4,75 (1) H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 (2) Ka.C >> Kw nên bỏ qua cân nước, tính pH dung dịch theo cân bằng(1) Áp dụng Định luật tác dụng khối lượng cho cân (1) : CB : CH3COOH CH3COO- + H+ ; Ka = 10-4,75 (1) Ban đầu 0,01 0 CB 0,01-h h h ( thoả mãn h>Kw nên bỏ qua CB nước, tính tương tự ta 11 [OH-] = 4,22.10-4 M [H+] = 2,37.10-11 pH = 10,62 * Trong dung dịch H3PO4 0,01 M: CB : H3PO4 H2PO4- + H+ ; Ka1 = 10-2,15 (1) H2PO4HPO42- + H+ ; Ka2 = 10-7,21 (2) HPO42PO43- + H+ ; Ka3 = 10-12,32 (3) H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 (4) So sánh Ka1>>Ka2 >>Ka3 > Kw nên bỏ qua cân (2),(3),(4) so với (1) , pH dung dịch tính theo CB (1) : pH = 2,26 * Trong dung dịch Na2CO3 0,01 M: CB : CO32- + H2O HCO3- + OH- ; Kb1= 10-3,67 (1) HCO3- + H2O CO2 + H2O ; Kb2 = 10-7,65 (2) H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 (3) Bỏ qua CB (2) (3) so với (1) , tính OH- theo CB (1) ta : [OH-] =1,46.10-3  [H+] = 6,85.10-12 M Vây pH = 11,16 *Nhận xét : Bài toán trường hợp đơn giản cân axit, bazơ dung dịch có cân chiếm ưu thế, cân lại khơng đáng kể Khi ta áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho cân để tính nồng độ H+, OH- theo u cầu, từ tính pH dung dịch 2.3.3.3 Dạng tập về: Mối quan hệ nồng độ chất, Ka pH dung dịch Loại gồm dạng : - Bài toán thuận : cho dung dịch có nồng độ, so sánh pH dung dịch - Bài tốn nghịch : cho dung dịch có pH, so sánh nồng độ dung dịch Nguyên tắc chung : dựa dạng tập xác định môi trường dung dịch, áp dụng cơng thức tính gần pH dung dịch ( trình bày ) ta rút nhận xét: - Cùng axit : nồng độ lớn pH nhỏ, ngược lại - Các axit khác nhau, nồng độ axit có K a lớn pH nhỏ ngược lại - Cùng bazơ nồng độ lớn pH lớn ngược lại - Các bazơ khác nhau, nồng độ bazơ có K b lớn , pH lớn ngược lại - Các dung dịch có pH, dung dịch có K (K a, Kb) lớn nồng độ nhỏ ngược lại Sau số toán minh hoạ: Bài : So sánh pH dung dịch có nồng độ 0,01 M sau : 12 a, Na2CO3, NaAlO2, Na2S, Na3PO4, CH3COONa, C6H5ONa, NaOH Ba(OH)2 b Al2(SO4)3, FeCl3, CH3COOH, HCOOH, H2SO3, HCl, H2SO4 Hướng dẫn : a Các chất cho bazơ Ta việc tra K b bazơ này: Kb lớn pH lớn, sau xếp theo tứ tự tăng (hoặc giảm) dần pH (Khơng có bảng Kb ta dựa theo Ka Ka.Kb = Kw nên Ka lớn Kb nhỏ ngược lại ) b Câu b axit, ta làm tương tự, Ka lớn pH nhỏ Đáp số : theo chiều pH tăng dần : a) CH3COONa>1 [NH4+] = C ; [CN-] = CCNKhi pH = (pKa1 + pKa2) + lg Thay số có : pH = (9,24 + 9,35) = 9,29 * Dung dịch hỗn hợp HCOOH 0,01 M CH3COOH 0,1 M Chứng minh tương tự ta cơng thức tính pH gần dung dịch axit yếu nồng độ đầu C1, C2 : pH = -lg(Ka1.C1 + Ka2 C2) => thay số : pH = 2,72 * Dung dịch muối axit : HCO3 0,01 M 13 Tương tự câu áp dụng điều kiện gần ta có pH dung dịch : pH = (pKa1 + pKa2) = (6,35 + 10,33) = 8,34 * dung dịch muối Na2HPO4 0,01 M : pH = (pKa2 + pKa3) = ( 7,21 + 12,32) = 9,77 2.3.3.4 Dạng tập về: Tính nồng độ chất dung dịch Gồm dạng toán : - Cho nồng độ ban đầu, tính nồng độ chất hệ cân - Cho nồng độ cân chất, tính nồng độ đầu Đây dạng tốn ngược cách làm tương tự : - Mơ tả đầy đủ cân có dung dịch, chọn cân chiếm ưu - Lập biểu thức liên hệ nồng độ cân chất dung dịch với nồng độ đầu theo Định luật tác dụng khối lượng, ĐL bảo toàn điện tích, ĐL bảo tồn nồng độ đầu, ĐL bảo toàn proton - Từ biểu thức lập tìm yếu tố chưa biết Sau xem xét toán minh hoạ cho dạng Bài : Tính nồng độ cân chất dung dịch sau : Dung dịch CH3OOH 0,1 M Dung dịch H2S bão hoà (Cbão hoà : = 0,1 M) Hướng dẫn : Với dung dịch trước hết ta phải viết cân dung dịch , + tính H dung dịch từ tính nồng độ cân chất lại theo Định luật tác dụng khối lượng áp dụng cho cân - Câu : có CB CH3COOH - Câu : H2S axit nên dung dịch có cân phân li nấc axit này, có nấc đáng kể, tính H+ theo nấc Kết tốn : [H+] = 1,32.10-3 M [CH3COO-] = 1,32.10-3 M [CH3COOH] = 0,1 – 1,32.10-3 = 0,0987 M [H+] = 10-4,01 M, [HS-] = 10-4,01 M, [S2-] = 10-12,9 M, [HS-] 0,1 M Bài : Tính số gam NaOH phải cho vào 100 ml dung dịch HCl 10 -3M để thu dung dịch có pH = 10 Giả sử Vdung dịch thay đổi không đáng kể Bài 8: Tính số ml dung dịch axit benzoic 0,05 M cần phải lấy để pha loãng với nước đến 100 ml thu dung dịch có pH = 4,2 Bài 9: Tính số ml dung dịch NaOH 0,1 M cần thêm vào dung dịch CH 3COOH 0,01M để thu 100 ml dung dịch có pH = 12 Hướng dẫn chung : 14 - Yếu tố cân cho trước pH hay nồng độ cân [H +] dung dịch - Từ [H+] ta tính yếu tố cân khác áp dụng định luật bảo toàn nồng độ đầu để suy nồng độ đầu chất cần tính Lời giải : Bài : PTPƯ : NaOH + HCl NaCl + H2O ; (1) phản ứng hoàn toàn PƯ 10-3 10-3 CB dung dịch : H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 (2) Dung dịch có pH = 10 [H+] = 10-10 M [OH-] = 10-4 M >> 10-7 Nên OH- chủ yếu NaOH dư , cân nước không đáng kể Theo định luật bảo toàn nồng độ đầu : Khối lượng NaOH cần lấy : m = C.V.M = 1,1.10-3.0,1.40 = 4,4.10-3 g Với dung dịch ta dùng phương pháp tính ngược : Bài * Tính tương tự câu 1, pH = 12 nên bỏ qua CB CH 3COO- nước, : Dung dịch NaOH 0,01M cần lấy : V = 20 ml * Ta tính trực tiếp sau : pH = 12 [H+] , [OH-], [CH3COO-] , áp dụng định luật bảo toàn điện tích : [Na+] CNaOH = [Na+] 2.3.3.5 Dạng tập về: tính độ tan tính tích số tan a Tính độ tan chất từ tích số tan Ngun tắc tính : - Mơ tả cân có dung dịch, bỏ qua cân phụ - Thiết lập biểu thức tính nồng độ chất theo Ks nồng độ đầu - Tính độ tan từ biểu thức lập Bài 10 Tính độ tan, pH dung dịch bão hoà Mg(OH)2; Ks = 10-11 Hướng dẫn : a, Các CB dung dịch: Mg(OH)2 Mg2+ + 2OH- ; Ks = 10-11 Mg2+ + H2O MgOH+ + H+ ; * = 10-12,8 H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 Vì Kw * bé nên ta bỏ qua trình tính tốn Theo ĐLTDKL ta có : Ks = 10-11 =Mg2+.OH-2 = S (2S)2 S = = = 1,36.10-4 M Vậy độ tan Mg(OH)2 bão hoà nước : 1,36.10-4 M pH dung dịch = 14- lgOH- = 14- lg(2 1.36.10-4) = 10,10 b, Trong môi trường pH = : OH- = Kw/ H+ = 10-10 15 Tính S’ =Ks/ OH-2 = 25.107 M, lớn, Mg(OH) tan hoàn toàn pH = Bài 11 Tính độ tan AgBr dung dịch bão hoà nước Hướng dẫn : CB : AgBr Ag+ + Br- ; Ks = 10-12,3 Ag+ + H2O AgOH  + H+ ; * = 10-11,7 H2O H+ + OH- ; Kw = 10-14 Vì độ tan AgBr nhỏ nên Ag + nhỏ, bỏ qua tạo phức hidroxo nó, bỏ qua cân nước Vậy Ks = S2  S = = 10-6,15 M b Dạng tập về: tính tích số tan từ độ tan Nguyên tắc : Đây toán nghịch dạng trên, cách làm tương tự - Mơ tả cân có dung dịch, bỏ qua cân phụ - Thiết lập biểu thức nồng độ cân chất theo K s nồng độ đầu - Tính tích số tan từ biểu thức lập Bài 12 : Cho biết độ tan S Ba(IO3)2 dung dịch KIO30,001 M 5,4.10-4M Hãy tính tích số tan Ba(IO3)2 Hướng dẫn : CB : Ba(IO3)2 Ba2+ + IO32- ; Ks S 2S+C + H2O H + OH ; Kw = 10-14 Giả sử bỏ qua cân nước ta có : Ba2+ = S ; IO3- = 2S+C ; Vậy Ks = Ba2+ IO3-2 = S.(2S+C) = 5,4.10-4(2.5,4.10-4 + 10-3)2 = 2,33.10-9 Bài 13 : Cho biết độ tan BaSO4 dung dịch HCl 0,2 M 3.10-5 Hãy tính tích số tan BaSO4 Hướng dẫn : Bỏ qua tạo phức hidroxo Ba2+ cân nước, ta có cân dung dịch : BaSO4  Ba2+ + SO42- ; Ks SO42- + H+ HSO4; Ka2-1 = 102 CBTQ : BaSO4 +H+ Ba2+ + HSO4- ; K = KS Ka2-1  C-S S S Coi S