Chương 1 : CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIẾN CỦA ĐỀ TÀI
2.3. Xây dựng tài liệu dạy học phần điện li trong bồi dưỡng học sinh giỏi
2.3.2. Chuyên đề 2: Axit,bazơ, muối pH của dung dịch
2.3.2.1. Hệ thống lý thuyết
I. Định luật bảo toàn proton (điều kiện proton: ĐKP)
Nếu chọn một trạng thái nào đó của dung dịch làm trạng thái chuẩn (hay mức khơng: MK) thì tổng nồng độ proton của các cấu tử ở mức khơng giải phóng ra bằng tổng nồng độ proton mà các cấu tử thu vào để đạt đến trạng thái cân bằng.
Nói cách khác, nồng độ proton trong dd lúc cân bằng bằng hiệu giữa tổng nồng độ proton giải phóng ra và tổng nồng độ proton thu vào ở mức không.
[H ] [H ]i [H ]i i cho i nhan (2.1)
II. Thuyết axit - bazơ (thuyết Bronsted - Lowry) 1. Thuyết axit - bazơ (thuyết Bronsted - Lowry)
Axit là chất có khả năng cho proton trong dung dịch. Bazơ là chất có khả năng nhận proton trong dung dịch. A B- + H+
Axit Bazơ
A và B- là axit và bazơ liên hợp
2. p dụng thuyết Bronsted - Lowry vào một số cân bằng ion trong dung dịch - Tích số ion của nước:
Kw = [H3O+] [OH–] 10–14
- Lực axit: HA + H2O H3O+ + A– Axit1 Bazơ2 Axit2 Bazơ1 Hằng số axit: 3 a H O A K H A ; pKa = – logKa (2.3) - Lực bazơ: B + H2O BH+ + OH– Bazơ1 Axit2 Axit1 Bazơ2 Hằng số bazơ: - + b OH BH K = B ; pKb = – logKb (2.4) III. pH của dung dịch
1. Khái niệm pH
Trên thực tế, để đặc trưng cho phản ứng của môi trường người ta không dùng nồng độ của ion H+, vì lũy thừa âm khơng thuận tiện, mà thường sử dụng một đại lượng gọi là chỉ số hiđro hay lực hiđro (viết tắt từ chữ Pháp – pouvoir Hydrogène: pH), do Sorensen, người Đan Mạch đưa ra năm 1909 với định nghĩa:
pH của dung dịch là logarit thập phân của nồng độ ion H+ hay ion hiđroni H3O+.
pH = – log[H+] = – log[H3O+] (2.5) Tương tự, phản ứng của mơi trường có thể được đặc trưng bằng chỉ số hiđroxyl.
pOH = – log [OH–]
2. Biểu thức tính pH của các dung dịch axit, bazơ, muối trong nước
Dung dịch Giá trị pH
Axit mạnh pH = - log[H+] = - logC
Axit yếu pH = 1 2 (pKa - logC) Bazơ mạnh pH = 14 + logC Bazơ yếu pH = 14 - 1 2 (pKb - logC) Muối của axit mạnh và bazơ mạnh pH = 7
Muối của axit yếu và bazơ mạnh
pH = 7 + 1
2 (pKa + logC) Muối của axit mạnh và bazơ yếu
pH = 7- 1
2 (pKb - logC) Muối của axit yếu và bazơ yếu
pH = 7 + 1
2 (pKa - pKb)
3. Hỗn hợp đệm
Hỗn hợp đệm thường được tạo ra từ một dd axit yếu và muối của axit yếu hoặc từ dung dịch bazơ yếu và muối bazơ yếu. pH của chúng ít thay đổi khi pha loãng hoặc khi thêm một lượng vừa phải axit hoặc bazơ vào dd.
Một hỗn hợp đệm gồm axit yếu có nồng độ Ca và một muối của axit yếu có nồng độ Cm thì:
pH = pK + logCm a
Ca (2.7) Trường hợp hỗn hợp đệm của bazơ yếu nồng độ Cb và muối của nó nồng độ Cm thì:
pH = 14 - pK - logCm b
Cb (2.8)
2.3.2.2. Hệ thống bài tập
a. Mức độ biết hiểu
Bài 1. Để đánh giá độ mạnh yếu của axit, bazơ, người ta dựa vào yếu tố là
A. Độ điện li α B. Số lượng nguyên tử H hoặc số nhóm OH-
C. Khả năng phân li ra ion H+, OH-. D. Hằng số phân li axit, bazơ (Ka, Kb)
(3) HSO4- (Ka = 10-2); (4) CH3COOH (Ka = 1,8.10-5) Dãy chất sắp xếp độ mạnh của các axit theo thứ tự tăng dần là
A. (1) < (2) < (4) < (3) B. (4) < (2) < (3) < (1) C. (2) < (4) < (1) < (3) D. (4) < (2) < (1) < (3)
Bài 3. Cho dd A là hỗn hợp dd HCl 1M và dd H2SO4 0,5M. Để trung hoà 10 ml dd A cần thể tích dd NaOH là
A. 10ml B. 15ml C. 20ml D. 25ml
Bài 4. Cho dd chứa 1 mol Ba(OH)2 vào dd chứa 1 mol H2SO4. Dd thu được sau phản ứng có mơi trường là
A. Axit B. Bazơ C. Trung tính D. Không xác định Bài 5. Độ điện li của CH3COOH trong dd 0,01M là 4,25%. Nồng độ ion H+ trong dd này là
A. 0,425M B. 0,0425M C. 0,85M D. 0,000425M Bài 6. Nhận xét đúng khi nói về 2 phản ứng sau đây là
CH3COO - + H2O ⇌ CH3COOH + OH- và NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+
A. CH3COO- là axit, NH4+ là bazơ B. CH3COO- là bazơ, NH4+ là axit
C. CH3COO- là axit, NH4+ là axit D. CH3COO- là bazơ, NH4+ là bazơ
Bài 7. Cho các chất và ion sau đây:
1. HCO3– 2. Na2CO3 3. Al 4. Ca(OH)2 5. HPO42– 6. H2O 7. (NH4)2CO3
Theo Bronsted, dãy các chất và ion lưỡng tính là
A. 1,5,6,7 B. 1,2,3,6 C. 1,3,6,7 D. 2,4,5,6
Bài 8. Cho các ion sau đây: NH4+, SO42-, HSO4-, C2H5O-, Al3+, CO32-. Dãy các ion có tính axit theo Bronsted là
A. SO42-, HSO4-, C2H5O- B. NH4+, Al3+, HSO4-
C. Al3+, CO32-, NH4+ D. CO32-, C2H5O-, NH4+
Bài 9. Cho các ion: Na+, CH3COO-, SO42-, HCO3-, CO32-, S2-, HS-, SO32-, HSO3-, NH4+, Cl-, C6H5O-. Dãy các ion có tính bazơ theo Bronsted là
A. C6H5O-, S2-, CH3COO-, CO32-, Na+ B. C6H5O-, Cl-, NH4+, HCO3-
Bài 10. Trong số các dung dịch: Na2CO3, HCl, CH3COONa, NH4Cl, NaHSO4, C6H5ONa. Dãy chất gồm các dung dịch có pH > 7 là
A. Na2CO3, NH4Cl, HCl B. Na2CO3, C6H5ONa, CH3COONa
C. NH4Cl, CH3COONa, NaHSO4 D. HCl, C6H5ONa, CH3COONa
Bài 11. Thêm 900 ml H2O vào 100 ml dd HCl có pH=2 thu được dd X có pH là
A. 3 B. 4 C. 1 D. 2
Bài 12. Viết biểu thức điều kiện proton đối với các dung dịch sau:
a) HCOOH b) HCl + NaHSO4 c) NaOH + NH3
Bài 13. Tính pH của các dung dịch sau:
a) NaOH 0,02M b) H2SO4 0,01M + HCl 0,05M c) H2SO4 0,05M
ĐS: a)12,3; b)1,15; c)1
b. Mức độ vận dụng
* Dạng bài tính [H+
]; [OH-] khi biết Ka, Kb
Bài 14. a) Tính nồng độ ion H+ của dd CH3COOH 0,1M có Ka = 1,75.10-5. b) Tính nồng độ ion OH- của dd NH3 0,1M có Kb = 1,80.10-5. (Biết rằng bỏ qua sự điện li của nước).
ĐS: a)1,32.10-3
M; b)1,34.10-3 M
Bài 15. Tính nồng độ của các ion H3O+, OH-, HCO3- và CO32- trong dd H2CO3 0,50M. Cho biết K1 = 4,2.10-7; K2 = 4,8.10-11
ĐS: [H3O+] =[HCO3-]= 4,6.10-4 M [CO32-]=4,8.10-11 M; [OH-]= 2,17.10-11 M
* Dạng bài pH của dung dịch sau trộn
Bài 16. Thêm 1,00 ml dd HCl nồng độ C(M) vào 999 ml NaNO3 thì thu được dd có pH= 6,70. Tính C?
ĐS: 1,49.10-4 (M)
Bài 17. Trộn 100 ml dung dịch (gồm Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1M) với 400 ml dung dịch (gồm H2SO4 0,0375M và HCl 0,0125M), thu được dung dịch X. Tìm giá trị pH của dung dịch X?
ĐS: 2 * Dạng bài pH của dung dịch axit, bazơ
Bài 18. Cho dd axit CH COOH 0,1M, biết hằng số phân li axit bằng 1,75.10-5 . Giá
trị pH của dd là bao nhiêu?
ĐS: 5,757
Bài 19. Cho 900 ml dd axit HA 0,01M. Biết pKa của axit HA là 3,3. a) Tính pH của dd HA nói trên?
b) Nếu cho 100ml dd HCl 0,01M vào dd HA thì thu được dd có pH bằng bao nhiêu? ĐS: a)2,7; b)2,6
Bài 20. Cho 100 ml dung dịch NH3 1M có hằng số cân bằng Kb = 1,8.10-5. Tính pH của dung dịch? Nếu cho thêm vào dung dịch trên 100 ml dung dịch NaOH 0,001M thì thu được dung dịch có pH bằng bao nhiêu?
ĐS: 11,63; 11,51
Bài 21. Dung dịch axit nitơrơ HNO2 nồng độ 0,495 M có pH = 1,83. a) Xác định [H+] và % axit nitơrơ bị ion hoá trong dung dịch.
b) Viết biểu thức hằng số cân bằng và tính giá trị Ka của axit nitơrơ.
c) Tính giá trị pH của dung dịch được tạo ra bằng cách cho 1 gam NaNO2 vào 750 ml dung dịch axit nitơrơ ở trên.
ĐS: a) = 3%;
b) Ka= 4,7.10-4; c) 3,54
Bài 22. Xác định pH của dung dịch HNO3 nồng độ 6,3.108 M? ĐS: 6,86
* Dạng bài pH của dung dịch muối
Bài 23. Tính pH của dd Na2CO3 0,01M. Cho: Ka1=10-6,35; Ka2=10-10,33; KW=10-14.
ĐS: pH = 11,13
Bài 24. Tính pH của dd NaHCO3 2.10-2M. Biết Ka1 và Ka2 của H2CO3 lần lượt là 4,47.10-7 và 4,68.10-11.
ĐS: 8,34
* Dạng bài pH của dung dịch đệm
Bài 25. Người ta điều chế một dd đệm bằng cách hoà tan 0,02 mol axit propionic và
0,015 mol natripropionat trong nước rồi đưa thể tích đến 1 lít. a) Tính pH của dd đệm này.
b) pH của dd sẽ thay đổi như thế nào khi thêm 10-5 mol HCl vào 10 ml dd đệm? c) pH của dd sẽ thay đổi như thế nào khi thêm 10-5 mol NaOH vào 20 ml dd đệm?
Biết Ka của axit propionic là 1,34.10-5.
ĐS: a)4,75; b)4,69; c)4,77 c. Mức độ vận dụng cao, sáng tạo
Bài 26. a) Dung dịch axit HA nồng độ 0,226% có pH =2,356. Khi pha lỗng dung
dịch 2 lần thì pH = 2,692. Tính hằng số phân li của axit.
b) Từ đó xây dựng biểu thức tổng quát cho bài toán sau: Dung dịch axit một lần axit nồng độ C% có pH =a. Khi pha lỗng dung dịch n lần thì pH = b. Lập biểu thức tính hằng số phân li của axit theo a, b, n. Dung dịch axit một lần axit nồng độ C% có pH =a. Khi pha lỗng dung dịch n lần thì pH = b. Lập biểu thức tính hằng số phân li của axit theo a, b, n.
Hướng dẫn a) K = 1,83104 b) HA H+ + A gọi [H+] = x thì x = 10a [ ] C x x x K = 2 x Cx C = x2 x K (1) khi pha lỗng n lần thì [HA] = C
n và [H+] = y thì y = 10b K = 2 y C y n C n = 2 y y K (2) ghép (1) và (2) cho K = 2 2 x ny ny x (3) Hay K = 2 2 (10 10 ) 10 10 a b b a n n
Bài 27. Dung dịch X gồm CH3COOH 0,1 M và CH3COONa 0,1 M. a) Tính pH của dung dịch X.
b) Tính pH của dung dịch thu được sau khi:
- Thêm 0,001 mol HCl vào 1 lít dung dịch X. - Thêm 0,001 mol NaOH vào 1 lít dung dịch X. Biết rằng: Ka (CH3COOH) = 10-4,76; KW (H2O) = 10-14
c) Có nhận xét gì về sự biến đổi pH của dung dịch sau khi thêm HCl và NaOH?
Bài 28. Cho dd A gồm: HCl 0,001M; CH3COOH 0,03M; HCN 0,01M. Tính pH và nồng độ các ion của dung dịch A ở trạng thái cân bằng. Biết
3 -4,76 a (CH COOH) K =10 ; -9,35 a (HCN) K =10 . Hướng dẫn HCl → H+ + Cl- (1) CH3COOH CH3COO- + H+ (2) HCN H+ + CN- (3) H2O H+ + OH- (4) So sánh (2),(3),(4): 3 3 a (CH COOH) CH COOH K .C >> Ka (HCN).CHCN>> Kw → Xét cân bằng (2) HCl → H+ + Cl- (1) 0,001M 0,001M 0,001M CH3COOH CH3COO- + H+ (2) C0 0,03M 0 0,001M [ ] 0,03-x x 0,001 + x → - + 3 -4,76 a 3 CH COO H x.(0,001+x) K = = = 10 CH COOH 0,03-x → x = 3,75.10-4 → pH (A) = - lg(3,75.10-4 + 0,001) = 2,86 [H+] = 13,75.10-4 (M); [CH3COO-] = 3,75.10-4 (M); [OH-] = 7,28.10-12(M); [Cl-] = 0,001 (M); -9,35 - HCN -9 -4 + K.C 10 .0, 01 CN = = = 3, 25.10 (M) 13, 75.10 H
Bài 29. Tính pH của dd thu được khi trộn lẫn các dung dịch sau:
a) 10ml dd CH3COOH 0,10M với 10ml dd HCl có pH = 4,00.
b) 25ml dd CH3COOH có pH = 3,00 với 15ml dd KOH có pH= 11,00. Biết Ka của CH3COOH là 10-4,76
ĐS: a)3,02; b)3,2
Bài 30. Trộn V lít dd CH3COOH 0,1M vào 100 ml dd CH3COONa 0,1M thu được dd có pH= 4,74. Tính giá trị V, biết Ka của CH3COOH là 1,8.10-5.