1. Với dung dịch axit
a) Với dung dịch axit mạnh
-Các axit mạnh điện li hoàn toàn trong dung dịch HnX + nH2O = nH3O+ + X-
Ban đầu C 0 0 [ ] 0 nC C [H3O+] = nC pH = -lgnC
b) Với dung dịch axit yếu
Độ điện li α bé, nồng độ [H3O+] do axit phân li bé không bỏ qua đợc nồng độ [H3O+] do axit phân li ra.
Phải xét tất cả các cân bằng tồn tại trong dung dịch
HA + H2O H3O+ + A- Ka = [H3O+].[A-]/[HA] (1) H2O + H2O H3O+ + OH- KH2O = [H3O+].[OH-] (2) - Theo định luật bảo toàn khối lợng:
C = [HA] + [A-]
- Phơng trình bảo tồn điện tích: [H3O+] = [A-] + [OH-]
Giải hệ 4 phơng trình để tìm [H3O+] pH dung dịch
* Cách tính gần đúng:
1) Với axit khơng quá yếu, nồng độ axit không quá nhỏ: bỏ qua sự điện li của nớc [H3O+] = [A-]
2) Axit yếu nên độ điện li bé: α << 1 C = [HA] Ka = [H3O+]2/C
hay [H3O+]2 = Ka. C [H3O+] = Ka.C pH = (1/2)pKa - (1/2)lgC
VD1: Tính pH của dung dịch CH3COOH 0,1M biết pKa = 4,75
ĐS: pH = 2,9
VD2: Tính pKa của dung dịch NH4Cl 0,1M biết pH của dung dịch này pH = 5,1 *Chú ý:
- Giá trị pH thờng chỉ lấy 1 số lẻ sau dấu phẩy
- Với đa axit yếu, nấc phân li sau yếu hơn mức phân li trớc rất nhiều, nên thờng coi chúng là những đơn axit chỉ tính đến nấc phân li thứ nhất
VD: Tính pH của dung dịch H2S 0,1 M H2S H+ + HS- K1 = 10-6,96 HS- H+ + S2- K2 = 10-15 ĐS: pH = 4 2. Dung dịch bazơ: a) Với bazơ mạnh: M(OH)n = Mn+ + nOH- pH = 14 + lgnC
b) Đối với bazơ yếu B ( nhng khơng q yếu có thể bỏ qua sự phân li của nớc)
B + H2O BH+ + OH-
C [OH-]
[OH-] = [BH+] = Kb.C pOH = (1/2)pKb - (1/2)lgC pH = 14 – (1/2)pKb + (1/2) lgC
VD: Tính pH của dung dịch NH3 0,01M cho pKNH+4 = 9,24
Vì NH3 là bazơ liên hợp của NH4+ nên: pKb = 14 – pKNH+4 = 14 – 9,23 = 4,77 pH = 10,6
VD2: Tính pH của dung dịch CH3COONa. Cho pKa = 4,75 ĐS: pH = 8,9
3. Dung dịch hỗn hợp: Axit và bazơ liên hợp của axit đó hay bazơ và axitliên hợp của bazơ đó. Dung dịch đệm liên hợp của bazơ đó. Dung dịch đệm
a) VD1: dung dịch chứa đồng thời 1 axit yếu HA nồng độ Ca và bazơ liên hợp A- của nó dới dạng muối nồng độ Cm = Cb dạng muối nồng độ Cm = Cb
HA + H2O H3O+ + A- KHA
Ban đầu CHA CA-
[ ] CHA-x x CA- + x KHA = ) ( ) ( x C x C x HA A − + Giải ra x pH
* Nếu α << 1 ( axit điện li yếu) x << CHA, CA-
KHA = x.CA/ CHA x = KHA. CHA/CA pH = - pKa – lg (CHA/CA-)
b) VD2: Với dung dịch hỗn hợp bazơ yếu và muối của nó với axit mạnh B và BH+ tơng tự : pOH = pKBH+ - lg (CBH+ / CB) pH = 14- pKBH+ + lg (CBH+ / CB) tơng tự : pOH = pKBH+ - lg (CBH+ / CB) pH = 14- pKBH+ + lg (CBH+ / CB)
* Nhận xét: Vậy pH của các dung dịch hỗn hợp phụ thuộc vào tỉ lệ nồng độ của dạng axit và bazơ của
cặp axit-bazơ tơng ứng.Nếu thay đổi tỉ lệ này ta thu đợc các dung dịch có pH khác nhau.
c) Dung dịch đệm
- Giảm sự biến động pH của dung dịch khi thêm axit và bazơ vào dung dịch
VD: dung dịch hỗn hợp gồm CH3COOH 0,1 M và NaCH3COO 0,1 M. pH của dung dịch này là 4,75
Nếu thêm HCl (k) vào dung dịch này sao cho nồng độ của HCl đạt đến 0,01 M thì pH của dung dịch là bao nhiêu ?
Giải
Khi cho HCl vào dung dịch nồng độ H3O+ tăng. Cân bằng
CH3OOH + H2O H3O+ + CH3COO-
sẽ chuyển dịch về bên trái
Giả sử toàn bộ lợng H3O+ thêm vào kết hợp với CH3COO- để tạo thành CH3COOH, ta có: [CH3COOH] = 0,11 (M)
[CH3COO-] = 0,09 (M) pH = 4,67
* Nếu thêm lợng axit tơng tự vào nớc nguyên chất (pH=7) thì pH của dung dịch thu đ- ợc là pH = 2 ∆ pH = 5 đv
* Nếu thêm 0,01 mol NaOH vào 1 lit dung dịch trên thì CH3COOH bị trung hồ bởi NaOH khi đó:
[CH3COOH] = 0,09 (M) [CH3COO-] = 0,11 (M) pH = 4,83
d) Kết luận:
Các hệ dung dịch đệm HA/A- gọi là các hệ đệm axit dùng để điều chỉnh pH trong vùng <7 Các dung dịch đệm BH+/B gọi là các hệ đệm bazơ dùng để điều chỉnh pH trong vùng > 7
* Vai trò của dung dịch đệm:
- Duy trì pH đối với những phản ứng hoá học nhất định
- Các phản ứng sinh hóa trong cơ thể chỉ đợc thực hiện khi đợc duy trì trong một giới hạn nhất định ( rất hẹp ) VD: pH máu ( 7-7,9 ) pH nớc bọt ( 6,8 ) pH dạ dày ( 2,6 – 1,8 ) Tích số tan I- Tích số tan
- Hoà tan dần dần một chất rắn vào nớc đến một lúc nào đó chất rắn khơng thể tan thêm đ- ợc nữa, tức đạt tới giá trị độ tan và dung dịch thu đợc lúc đó gọi là dung dịch bão hồ.
- Khi dung dịch đã bão hoà, nếu thêm tiếp chất tan vào thì giữa chất tan và các phân tử chất đó trong dung dịch thiết lập một cân bằng hố học : có bao nhiêu phân tử chất tan vào dung dịch trong một đơn vị thời gian thì có bấy nhiêu phân tử chất tan kết tủa trên bề mặt chất rắn
* Với chất điện li kiểu AnBm ta có cân bằng: AmBn mAn+ + nBm-
Hằng số cân bằng đợc biểu diễn bằng biểu thức: [An+]m . [Bm-]n
K =
[AmBn]
Vì AnBm là chất rắn nên ta coi [AnBm] là đơn vị nhập vào với hằng số K thu đợc một hằng số mới gọi là tích số tan T
K.[AnBm] = [Am+]n. [Bn+]m = T
trong biểu thức tính tích số tan, tất cả nồng độ các ion đều biểu diễn theo mol/l