Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Bài tập xác định độ ph trong dung dịch axit, bazơ, muối và dung dịch đệm...

Tài liệu Bài tập xác định độ ph trong dung dịch axit, bazơ, muối và dung dịch đệm

.DOC
21
546
109

Mô tả:

B. Nội dung đề tài : I. Đặt vấn đề : * Trước hết học sinh cần phải hiểu: - Nước điện li như thế nào ? - pH là gì ? Mối liên hệ giữa pH và nồng độ ion H+ - Trong dung dịch xảy ra những quá trình gì ? - Cách xác định pH của các dung dịch axit, bazơ, muối và dung dịch đệm Từ đó , chọn bài tập vận dụng ứng với các dạng trên để học sinh củng cố khắc sâu kiến thức . II. Giải quyết vấn đề : 1- Sự điện li của H2O : H2O H+ + OH- K = [H+][OH-][H2O] Kw = [H+ ].[ OH- ] = 1,0. 10-14 ở 250C Ghi chú : Các ion trong nước đều bị sonvat hoá, tuy nhiên tác giả xin viết ở dạng đơn giản : vídụ : H+ thay cho H3O+ * Ý nghĩa tích số ion của nước : Môi trường trung tính : [H+ ] = [ OH- ] = 1,0. 10-7 M Môi trường axit : [H+ ] > [ OH- ] hay [H+ ] > 1,0. 10-7 M Môi trường bazơ : [H+ ] < [ OH- ] hay [H+ ] < 1,0. 10-7 M 2- Khái niệm về pH : Có thể coi pH là đại lượng biểu thị nồng độ H+ [H+ ] = 1,0. 10- pH M. Nếu [H+ ] = 1,0. 10- a M thì pH = a pH không có thứ nguyên (không có đơn vị) Về mặt toán học: pH = - lg [H+ ] * Ý nghĩa của giá trị pH : Môi trường trung tính : [H+ ] = [ OH- ] = 1,0. 10-7 M hay pH= 7,00 Môi trường axit : [H+ ] > [ OH- ] hay [H+ ] > 1,0. 10-7 M hay pH < 7,00 Môi trường bazơ : [H+ ] < [ OH- ] hay [H+ ] < 1,0. 10-7 M hay pH > 7,00 Ngoài ra, người ta còn sử dụng giá trị pOH: pOH = - lg [OH- ] pH + pOH = 14 3. Tính pH của dung dịch đơn axit mạnh HA Ca (M) (Dạng 1) HA H+ + A- H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Áp dụng định luật bảo toàn điện tích : [H+ ] = [ OH- ] + [A- ] Với : [A- ] = Ca và [ OH- ] = Kw[H+]  [H+ ] = Ca + Kw[H+]  [H+ ]2 - [H+ ].Ca - Kw = 0 (1) Biểu thức (1) là biểu thức tổng quát tính [H+ ] pH của một dung dịch đơn axit mạnh bất kì. * Có thể đơn giản hoá phép tính một cách gần đúng như sau: - Nếu nồng độ axit Ca ≥ 10-6 M thì bỏ qua sự điện li của H2O =>[H+ ] = Ca hay pH = - lg [H+ ] = - lgCa - Nếu nồng độ axit 10-8 Coi [H+ ] = [ OH- ] hay pH = 7 4. Tính pH của dung dịch đơn bazơ mạnh BOH Cb (M) (Dạng 2) BOH B+ + OH- H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Áp dụng định luật bảo toàn điện tích : [ OH- ] = [M+ ] + [H+ ] Với : [M+ ] = Ca và [ OH- ] = Kw[H+]  [H+ ]2 + [H+ ].Cb - Kw = 0 (2) Biểu thức (2) là biểu thức tổng quát tính [H+ ] pH của một dung dịch đơn bazơ mạnh bất kì. * Có thể đơn giản hoá phép tính một cách gần đúng như sau: - Nếu nồng độ axit Cb ≥ 10-6 M thì bỏ qua sự điện li của H2O =>[OH- ] = Cb hay pOH = - lg [ OH- ] = - lgCb  pH = 14- pOH - Nếu nồng độ axit 10-8 Coi [H+ ] = [ OH- ] hay pH = 7 5. Tính pH của dung dịch đơn axit yếu HA Ca (M) Hằng số Ka (Dạng 3) HA H+ + A- Ka H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Áp dụng định luật bảo toàn điện tích : [H+ ] = [ OH- ] + [A- ]  [A- ] = [H+ ] - [ OH- ] Theo bảo toàn nồng độ : Ca = [A- ] + [HA ] => [HA ] = Ca - [H+ ] - [ OH- ] HA H+ + A- Ka Biểu thức Ka : Ka = [H+].[A-][HA]  [H+ ] = Ka [HA][A-] Ta có : [H+ ] = Ka Ca-[H+]+[OH-][H+]-[OH-] (3) Biểu thức (3) là biểu thức tổng quát tính [H+ ] pH của một dung dịch đơn axit yếu bất kì. * Có thể đơn giản hoá phép tính một cách gần đúng như sau: Nếu Ka.Ca > 10-12 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể Nếu CaKa > 400 hay α < 0,05 có thể coi HA phân li không đáng kể [H+ ]2 = Ka.Ca  [H+ ] = Ka.Ca pH = 12 (pKa-lgCa) 6. Tính pH của dung dịch đơn bazơ yếu BOH Cb (M) Hằng số Kb = KwKa (Dạng 4) BOH B+ + OH- Kb H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Lí luận tương tự, ta có : Nếu Kb.Cb > 10-12 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể Nếu CbKb > 400 hay α < 0,05 có thể coi MOH phân li không đáng kể
Đề tài : Các dạng bài tập xác định pH của các dung dịch axit, bazơ, muối và dung dịch đệm. A. Lí do chọn đề tài: Nếu như nghiên cứu khoa học là một hoạt động không thể thiếu trong quá trình tồn tại và phát triển của loài người thì tích luỹ kinh nghiệm, tìm tòi, sáng tạo là hoạt động rất quan trọng đối với những người làm nghề giáo dục. Giáo dục nói chung và giáo dục trong nhà trường nói riêng là một hoạt động có tính chất lâu dài, bền vững tiếp nối từ thế hệ này sang thế hệ khác . Vì vậy, trong quá trình dạy học, giáo dục và tự rèn luyện giáo viên cần phải tích luỹ cho mình những kiến thức, kinh nghiệm quý báu để giúp cho hoạt động dạy học và giáo dục học sinh ngày càng đạt kết quả cao hơn. Là một giáo viên trực tiếp đứng trên bục giảng làm nhiệm vụ dạy học và giáo dục học sinh tôi cũng rất tích cực trong việc tích luỹ và học hỏi kiến thức và kinh nghiệm của bạn bè, đồng nghiệp . Đặc biệt tích luỹ kiến thức chuyên môn về Hoá Học cho bản thân . Trong quá trình dạy học môn Hoá Học có rất nhiều vấn đề đặt ra cho giáo viên cả về mặt lí thuyết lẫn thực nghiệm .Trong chương trình Hoá Học lớp 11 tôi quan tâm nhiều đến vấn đề xác định pH của các dung dịch . Sách giáo khoa viết rất ngắn gọn vấn đề này, tuy nhiên : -Đối với nhiều học sinh, bài tập pH cơ bản tương đối khó hiểu nên bài tập nâng cao về pH sẽ rất khó và phức tạp -Ngoài ra trong hầu hết các đề thi học sinh giỏi tỉnh lớp 11,12 đều có câu hỏi liên quan đến vấn đề này . Vì vậy tôi chọn đề tài : ''Các dạng bài tập xác định pH của các dung dịch axit, bazơ, muối và dung dịch đệm'' Với mong muốn nâng cao hiệu quả dạy học, giúp học sinh: Hệ thống lại các dạng bài tập về pH để dễ dàng hơn trong việc giải loại bài tập này. Đồng thời, với những bài tập nâng cao về pH thì đề tài này chỉ cho các em thấy có thể đơn giản hoá các phép tính phức tạp đó trong giới hạn cho phép để các em giải nhanh hơn. 1 B. Nội dung đề tài : I. Đặt vấn đề : * Trước hết học sinh cần phải hiểu: - Nước điện li như thế nào ? - pH là gì ? Mối liên hệ giữa pH và nồng độ ion H+ - Trong dung dịch xảy ra những quá trình gì ? - Cách xác định pH của các dung dịch axit, bazơ, muối và dung dịch đệm Từ đó , chọn bài tập vận dụng ứng với các dạng trên để học sinh củng cố khắc sâu kiến thức . II. Giải quyết vấn đề : 1- Sự điện li của H2O : H2O H+ + OH- K = Kw = [H+ ].[ OH- ] = 1,0. 10-14 ở 250C Ghi chú : Các ion trong nước đều bị sonvat hoá, tuy nhiên tác giả xin viết ở dạng đơn giản : vídụ : H+ thay cho H3O+ * Ý nghĩa tích số ion của nước : Môi trường trung tính : [H+ ] = [ OH- ] = 1,0. 10-7 M Môi trường axit : [H+ ] > [ OH- ] hay [H+ ] > 1,0. 10-7 M Môi trường bazơ : [H+ ] < [ OH- ] hay [H+ ] < 1,0. 10-7 M 2- Khái niệm về pH : Có thể coi pH là đại lượng biểu thị nồng độ H+ [H+ ] = 1,0. 10- pH M. Nếu [H+ ] = 1,0. 10- a M thì pH = a pH không có thứ nguyên (không có đơn vị) Về mặt toán học: pH = - lg [H+ ] * Ý nghĩa của giá trị pH : Môi trường trung tính : [H+ ] = [ OH- ] = 1,0. 10-7 M hay pH= 7,00 Môi trường axit : [H+ ] > [ OH- ] hay [H+ ] > 1,0. 10-7 M hay pH < 7,00 Môi trường bazơ : [H+ ] < [ OH- ] hay [H+ ] < 1,0. 10-7 M hay pH > 7,00 Ngoài ra, người ta còn sử dụng giá trị pOH: pOH = - lg [OH- ] pH + pOH = 14 3. Tính pH của dung dịch đơn axit mạnh HA Ca (M) + (Dạng 1) - HA H +A H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Áp dụng định luật bảo toàn điện tích : [H+ ] = [ OH- ] + [A- ] Với : [A- ] = Ca và [ OH- ] =  [H+ ] = Ca +  [H+ ]2 - [H+ ].Ca - Kw = 0 (1) + Biểu thức (1) là biểu thức tổng quát tính [H ] pH của một dung dịch đơn axit mạnh bất kì. * Có thể đơn giản hoá phép tính một cách gần đúng như sau: 2 - Nếu nồng độ axit Ca ≥ 10-6 M thì bỏ qua sự điện li của H2O =>[H+ ] = Ca hay pH = - lg [H+ ] = - lgCa - Nếu nồng độ axit 10-8 Coi [H+ ] = [ OH- ] hay pH = 7 4. Tính pH của dung dịch đơn bazơ mạnh BOH Cb (M) + (Dạng 2) - BOH B + OH H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Áp dụng định luật bảo toàn điện tích : [ OH- ] = [M+ ] + [H+ ] Với : [M+ ] = Ca và [ OH- ] =  [H+ ]2 + [H+ ].Cb - Kw = 0 (2) Biểu thức (2) là biểu thức tổng quát tính [H+ ] pH của một dung dịch đơn bazơ mạnh bất kì. * Có thể đơn giản hoá phép tính một cách gần đúng như sau: - Nếu nồng độ axit Cb ≥ 10-6 M thì bỏ qua sự điện li của H2O =>[OH- ] = Cb hay pOH = - lg [ OH- ] = - lgCb  pH = 14- pOH - Nếu nồng độ axit 10-8 Coi [H+ ] = [ OH- ] hay pH = 7 5. Tính pH của dung dịch đơn axit yếu HA Ca (M) + Hằng số Ka (Dạng 3) - HA H + A Ka H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Áp dụng định luật bảo toàn điện tích : [H+ ] = [ OH- ] + [A- ]  [A- ] = [H+ ] - [ OH- ] Theo bảo toàn nồng độ : Ca = [A- ] + [HA ] => [HA ] = Ca - [H+ ] - [ OH- ] HA H+ + A- Ka Biểu thức Ka : Ka =  [H+ ] = Ka Ta có : [H+ ] = Ka (3) Biểu thức (3) là biểu thức tổng quát tính [H+ ] pH của một dung dịch đơn axit yếu bất kì. * Có thể đơn giản hoá phép tính một cách gần đúng như sau: Nếu Ka.Ca > 10-12 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể Nếu > 400 hay α < 0,05 có thể coi HA phân li không đáng kể [H+ ]2 = Ka.Ca  [H+ ] = pH = (pKa-lgCa) 3 6. Tính pH của dung dịch đơn bazơ yếu BOH Cb (M) Hằng số Kb = (Dạng 4) BOH B+ + OH- Kb H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Lí luận tương tự, ta có : Nếu Kb.Cb > 10-12 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể Nếu > 400 hay α < 0,05 có thể coi MOH phân li không đáng kể [OH- ]2 = Kb.Cb  [OH- ] = pOH = (pKb-lgCb) Hay : pH = 14- pOH = 14 - (pKb-lgCb) 7. Tính pH của dung dịch đa axit yếu HnA Ca (M) ,Ka3…..,Kan (Dạng 5) Hằng số Ka1 ,Ka2 Ví dụ : H3A H+ + H2A- Ka1 H2 A H+ + HA2- Ka2 HA 2H+ + A3- Ka3 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Thông thường , đối với các đa axit thì : Ka1 >>Ka2 >>Ka3 >>.....>>Kan và Ca.Ka1>>Kw = 10-14 Nên có thể coi [H+ ] trong dung dịch chủ yếu do sự phân li ở nấc thứ 1 quyết định . Tính pH của dung dịch đa axit này tương tự đơn axit yếu . pH = (pKa1-lgCa) 8. Tính pH của dung dịch đa bazơ yếu : (Dạng 6) Lí luận tương tự, ta có : Thông thường , đối với các đa bazơ thì : Kb1 >>Kb2 >>Kb3 >>.....>>Kbn và Cb.Kb1>>Kw = 1014 Nên có thể coi [OH- ] trong dung dịch chủ yếu do sự phân li ở nấc thứ 1 quyết định . Tính pH của dung dịch đa bazơ này tương tự đơn bazơ yếu . pOH = (pKb1-lgCb) Hay : pH = 14- pOH = 14 - (pKb1-lgCb) 9. Tính pH của dung dịch muối (Dạng 7) 9.1. Tính pH của dung dịch muối trung hoà : 9.1.a. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit mạnh và bazơ mạnh Các ion trong dung dịch không bị thuỷ phân  Môi trường trung tính pH = 7 9.1.b. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit mạnh và bazơ yếu Ví dụ : NH4Cl NH4+ + Cl + Về mặt định tính : Ion Cl- không bị thủy phân Ion NH4+ là một axit yếu  Môi trường axit pH < 7 + Về mặt định lượng : Tương tự như tính pH của dung dịch đơn hoặc đa axit yếu . 4 9.1.c. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit yếu và bazơ mạnh Ví dụ : CH3COONa CH3COO-- + Na+ + Về mặt định tính : Ion Na+ không bị thủy phân Ion CH3COO-- là một bazơ yếu  Môi trường bazơ pH > 7 + Về mặt định lượng : Tương tự như tính pH của dung dịch đơn hoặc đa bazơ yếu . 9.1.d. Tính pH của dd muối trung hoà AB nồng độ CM tạo bởi axit yếu HA Ka1 và bazơ yếu BOH Kb2 + Về mặt định tính : Môi trường phụ thuộc vào hằng số Ka1 ; Kb2 Nếu Ka 1 ≈ Kb2  Môi trường gần như trung tính Nếu Ka 1> Kb2  Môi trường axit Nếu Ka1 < Kb2  Môi trường bazơ Về mặt định lượng : AB A- + B+ A- + H2O HA + OHB+ + H2O BOH + H+ H2O H+ + OHKw = 1,0. 10-14 Ka1= ; Kb2= ; Kw = [H+ ].[ OH- ] = 1,0. 10-14 ở 250C Bảo toàn nồng độ : [A-] + [HA] = C ; [B+] + [BOH] = C Bảo toàn điện tích : [B+] + [H+] = [A-] + [OH-] Suy ra : [A-] = [B+] + [H+] - [OH-] [HA] = C- [A-] = C- [B+] - [H+] + [OH-] [BOH] = C - [B+]  Ka1 = Mặt khác, trong dung dịch muối tạo bởi axit yếu và bazơ yếu có thể coi: [H+] - [OH-] ≈ 0  Ka1= = Hay Ka1= Kb2 = Kb2 Vậy : [H+] = hay pH = (pKa1 +pKa2) Hay : pH = 7 + pKa1- pKb2 Ví dụ : Muối CH3COONH4 được tạo thành từ axit yếu CH3COOH pKa = 4,75 và bazơ yếu NH3 pKb = 4,8 Định tính : Ka ≈ Kb  Môi trường gần như trung tính 5 Định lượng : pH = 7 + pKa - pKb = 7 + .4,75 - .4,8 = 6,98 CH3COONH4 CH3COO- + NH4+ 9.2. Tính pH của dd muối axit : 9.2.a. Tính pH của dd muối axit tạo bởi axit mạnh và bazơ mạnh Ví dụ : NaHSO4 Na+ + HSO4 + Về mặt định tính : Ion Na+ không bị thủy phân Ion HSO4- là một axit khá mạnh phân li gần như hoàn toàn  Môi trường axit pH < 7 + Về mặt định lượng : Tương tự như tính pH của dung dịch đơn hoặc đa axit yếu . NaHSO4 Na+ + HSO4 CM = 0,01M HSO4 H+ + SO42Ka = 10-2 H2O H+ + OHKw = 1,0. 10-14 Ta có : KaC >> Kw =>bỏ qua cân bằng của H2O HSO4 H+ + SO42Ka = 10-2 0,01 0 0 x x x 0,01-x x x -2 Ka = = 10 Vì Kalớn hay < 400 nên không thể coi 0,01-x ≈ 0,01 => Giải phương trình bậc hai, ta có : x = 6,18.10-3 => pH = -lg[H+ ] = 2,21 9.2.b. Tính pH của dd muối axit tạo bởi axit yếu H2A và bazơ mạnh MOH .Cân bằng trong dung dịch muối : HAH+ + A2Ka2 + HA + H H2A Ka1-1 H2O H+ + OHKw = 1,0. 10-14 Coi trong dung dịch có 2 quá trình phân li cho ion A2- : HAH+ + A2Ka2 22HA H2A + A Ka2.Ka1-1 (2) -1 2 Nếu Ka2 .C << Ka2.Ka1 .C hay Ka1 << C => Cân bằng 2 là chủ yếu 2HAH2A + A2Ka2.Ka1-1 C 2x x x C- 2x x x -1 Ka2.Ka1 =  = Mặt khác : Ka2 =  [H+] = Ka2  [H+] = Ka2 = = Vậy : pH = (pKa1 + pKa2) Phạm vi áp dụng : Kw >> Ka2C và Ka1 << C 6 10. Tính pH của dung dịch đệm: (Dạng 8) * Định nghĩa : Dung dịch đệm là dung dịch có pH hoàn toàn xác định được tạo nên khi trộn dung dịch của axit yếu và bazơ yếu với muối của chúng với bazơ mạnh hay axit mạnh. Ví dụ : CH3COOH và CH3COONa được gọi là đệm axetat NH4Cl và NH3 được gọi là đệm amoni * Đặc điểm : Dung dịch đệm có pH ít thay đổi khi ta thêm vào dung dịch một lượng nhỏ axit mạnh hoặc bazơ mạnh hoặc pha loãng dung dịch.(không quá loãng) * Thành phần hệ đệm : HA Ca (M)và NaA Cb (M) Cân bằng : NaA Na+ + A[Na+] = Cb HA H+ + A- Ka H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có các phương trình : Ka =  [H+] = Ka ; [H+][OH-] = Kw = 1,0. 10-14 Bảo toàn nồng độ : [HA] + [A-] = Ca + Cb Bảo toàn điện tích : [Na+] + [H+] = [OH-] + [A-] Từ các biểu thức trên, suy ra : [H+] = Ka So sánh [H+] ≈ Ka với [H+] của nước nguyên chất = 1,0.10-7 M +Trường hợp 1: Nếu [H+] ≈ Ka > 1,0.10-7  Môi trường axit Có thể bỏ qua nồng độ [OH-] trong biểu thức trên Vậy : [H+] = Ka +Trường hợp 2: Nếu [H+] ≈ Ka < 1,0.10-7  Môi trường bazơ Có thể bỏ qua nồng độ [H+] trong biểu thức trên Vậy : [H+] = Ka Trường hợp 3: Ca , Cb >> [H+], [OH-] (hay gặp trong thực tế) Có thể bỏ qua cả nồng [H+], [OH-] trong biểu thức trên Vậy : [H+] = Ka  pH = pKa - lg Vậy phạm vi áp dụng của công thức tính pH trên là: KaCa , KbCb >> Kw và [H+], [OH-] << Ca , Cb 7 Bài tập vận dụng : Dạng 1. Tính pH của dung dịch đơn axit mạnh HA Ca (M) Bài 1) Câu II.2- Đề thi HSG tỉnh lớp 12 -Hà Tĩnh năm 2000-2001 Phân tích những mệnh đề dưới đây (đúng hay sai): a- Dung dịch có môi trường trung tính luôn có pH=7 b- Dung dịch CH3COOH 10-2M có pH=2 c- Dung dịch HCl 10-3M có pH=3 d- Dung dịch HCl 10-8M có pH=8 Trả lời : a- Mệnh đề không chính xác vì hằng số Kw phụ thuộc vào nhiệt độ ở 250C Kw = 10-14 , môi trường trung tính : [H+]=[OH-]= 10-7M=> pH=7 ở t0≠ 250C Kw ≠ 10-14 , môi trường trung tính : [H+]=[OH-]≠ 10-7M=> pH≠7 b- Mệnh đề này sai vì CH3COOH là axit yếu chỉ phân li một phần [H+]<[CH3COOH]= 10-2 M => pH > 2 c- Mệnh đề này đúng, vì HCl là axit mạnh phân li hoàn toàn, có nồng độ đủ lớn [H+]=[HCl] = 10-3M >> [H+]= 10-7M(do nước điện li) Có thể bỏ qua sự điện li của H2O => pH = 3 d- Mệnh đề này sai vì HCl là axit mạnh điện li hoàn toàn nhưng nồng độ quá nhỏ nên [H+] do H2O điện li là rất đáng kể Nếu lấy pH= 8 là đã bỏ qua sự điện li của H2O ,sai số quá mức cho phép dẫn tới vô lí dung dịch axit mà có môi trường bazơ . Định lượng câu d ) HCl H+ + ClH2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Giải phương trình bậc hai : [H+ ]2 - 10-8. [H+ ] - 10-14 = 0 => [H+ ] = 1,05.10-7 => pH = 6,98 Dạng 2. Tính pH của dung dịch đơn bazơ mạnh BOH Cb (M) Bài 1) Tính pH của dung dịch KOH 0,005M ? Bài giải : KOH K+ + OHH2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C CKOH = [OH-] = 5.10-3 >> 10-7 => Bỏ qua nồng độ [OH-] do H2O điện li ra => [OH-] = 5.10-3 M => [H+ ] = 2.10-12 => pH = 11,7 Bài 2) Tính pH của dung dịch NaOH nồng độ 1,2.10-7M ? 8 Bài giải : NaOH Na+ + OHH2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C CKOH = [OH-] = 1,2.10-7 ≈ 10-7 => Không thể bỏ qua nồng độ [OH-] do H2O điện li ra Giải phương trình bậc hai : [H+ ]2 + [H+ ].Cb - Kw = 0 hay [H+ ]2 + 1,2.10-7. [H+ ] - 10-14 = 0 => [H+ ] = 5,68.10-8 => pH = 7,25 Dạng 3. Tính pH của dung dịch đơn axit yếu HA Ca (M) Hằng số Ka Bài 1) Tính pH của dung dịch CH3COOH 0,1M ? Bài giải : CH3COOH H+ + CH3COOKa = 1,8.10-5 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có : Ka.Ca ≥ 0,1. 1,8.10-5 = 1,8.10-6 >>Kw = 10-14  có thể bỏ qua H+ do nước điện li = ≈ 5555,6 > 400  Có thể coi [HA] ≈ Ca = 0,1M Vậy [H+ ]2 = Ka.Ca  [H+ ] = = = 10-2,87M => pH = 2,87 Bài 2) Cho hằng số Ka các axit HCOOH, CH3COOH, HCN, HOCN, HF lần lượt là : 1,78.10-4 ; 1,8.10-5 ;10-9,21 ; 3,3.10-4 ; 6,6.10-4 Hãy cho biết dung dịch 0,1M của axit nào có pH = 2,87 . Bài giải: Gọi axit cần xác định là HA Ca = 0,1M. HA H+ + AKa + H2O H + OH Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ka.Ca = 0,1. 10-9,21 = 10-10,21 >>Kw = 10-14  có thể bỏ qua H+ do nước điện li = ≈ 1,515.103 > 400  Có thể coi [HA] ≈ Ca = 0,1M Vậy [H+ ]2 = Ka.Ca  Ka = Vì pH = 2,87 => [H+ ] = 10-2,87  Ka = = 10-4,74 ≈1,8.10-5 Vậy axit đó là CH3COOH Bài 3) Tính nồng độ các ion H+ , HSO4- , SO42- trong dung dịch H2SO4 0,1M . Cho K2 = 1,2.10-2 Bài giải : Trong dung dịch H2SO4 : H2SO4  H+ + HSO40,1M 0,1M 0,1M 9 HSO4H+ + SO42Ban đầu 0,1M 0,1M 0 Phân li x x x Cân bằng 0,1- x 0,1+x x + H2O H + OH Kw = 1,0. 10-14 ở 250C K2.Ca = 0,1. 1,2.10-2 = 1,2. 10-3 >>Kw = 10-14  có thể bỏ qua H+ do nước điện li = = 8,3333 < 400 => Không thể coi x<< 0,1 Giải phương trình bậc hai sau: K2 = = 1,2.10-2 x = 9,8.10-3 [H+ ] = 0,1 + x = 109,8.10-3M => pH = 0,96 [HSO4-] = 9.10-2 M [SO42- ] = 9,8.10-3 M Bài 4) Tính pH của dung dịch HNO2 10-1,7M biết Ka = 10-3,29 Dạng 4. Tính pH của dung dịch đơn bazơ yếu BOH Cb (M) Hằng số Kb = Bài 1) Tính pH của dung dịch NH3 10-2M biết Kb = 1,8.10-5 ? Bài giải : NH3 + H2O NH4+ + OHKb = 1,8.10-5 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có Kb.Cb =10-2.1,8. 10-5 =1,8.10-7 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể = 10-2 1,8.10-5 ≈ 400 NH3 + H2O NH4+ + OHKb = 1,8.10-5 Ban đầu : 0,01M 0 0 Phân li x x x Cân bằng 0,01- x x x -5 Kb = = 1,8.10 = 10-2 1,8.10-5 ≈ 400 => Không nên xem x << 0,01 => Giải phương trình bậc hai, ta có : x = 4,15.10-4 => pOH = 3,38 => pH = 10,62 Bài 2) Tính pH trong dung dịch pyriđin 0,015M biết Kb = 10-8,8 ? Bài giải : C5H5N + H2O C5H5NH+ + OHKb = 10-8,8 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có Kb.Cb =10-2.1,8. 10-5 =1,8.10-7 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể = ≈ 400 C5H5N + H2O C5H5NH+ + OHKb = 10-8,8 Ban đầu : 0,015M 0 0 Phân li x x x 10 Cân bằng 0,015- x x x -8,8 Kb = = 10 = > 400 => Có thể xem x << 0,015 => x = [OH- ] = 4,88.10-6 => [H+ ] = 2,05.10-9 => pH = 8,69 Hay : [OH- ]2 = Kb.Cb  [OH- ] = = 4,88.10-6 => pH = 8,69 Dạng 5. Tính pH của dung dịch đa axit yếu HnA Ca (M) Hằng số Ka1 ,Ka2 ,Ka3…..,Kan Bài 1) Tính nồng độ ion H+, HCO3- ,CO32- và pH trong dung dịch H2CO3 0,025M . Biết H2CO3 có Ka1 = 4,2.10-7 , Ka2 = 4,8.10-11 H2CO3 H+ + HCO3Ka1 = 4,2.10-7 HCO3H+ + CO32Ka2 = 4,8.10-11 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Nhận xét : Ka1 = 4,2.10-7 >> Ka2 = 4,8.10-11 và Ca.Ka1>>Kw nên có thể bỏ qua [H+ ] do nấc thứ 2 của axit và H2O phân li Chỉ tính [H+ ] dựa vào cân bằng nấc 1 Ta có : [H+ ] = [HCO3- ] = = ≈ 1.10-4 M  pH = 4 HCO3H+ + CO32Ka2 = 4,8.10-11 Ban đầu : 1.10-4 M 1.10-4 M 0 Phản ứng : x x x -4 -4 Cân bằng : 1.10 - x 1.10 + x x -11 Ka2 = = 4,8.10 = = 2,1.10-6 >> 400 . Có thể coi x << 1.10-4 Suy ra : x ≈ 4,8.10-11 Vậy : [H+ ] = [HCO3- ] = 1.10-4 M và [CO32- ] = 4,8.10-11 M => pH = 4 Bài 2) Tính pH của dung dịch H3PO4 0,01M biết : Ka1 = 10-2,23 ; Ka2 = 10-7,21 ; Ka3 = 10-12,32 Bài giải: H3PO4 H+ + H2 PO4Ka1 = 10-2,23 H2 PO4H+ + HPO42Ka2 = 10-7,21 HPO42H+ + PO43Ka3 = 10-12,32 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có : Ka1 = 10-2,23 >>Ka2 = 10-7,21 >>Ka3 = 10-12,32 và Ca. Ka1 = 0,01.10-2,23 = 10-4,23 >> Kw nên có thể bỏ qua [H+ ] do nấc thứ 2 của axit và H2O phân li Chỉ tính [H+ ] dựa vào cân bằng nấc 1 H3PO4 H+ + H2 PO4Ka1 = 10-2,23 11 Ban đầu : 0,01 M 0 0 Phản ứng : x x x Cân bằng : 0,01-x x x -2,23 Ka1 = = 10 = = 10-0,23 < 400 => Không thể coi x<< 0,01 Giải phương trình bậc hai, ta có : x = 2,15.10-2 => pH = 1,67 Dạng 6. Tính pH của dung dịch đa bazơ yếu : Bài 1) Tính pH của dung dịch Na2CO3 0,1M Biết H2CO3 có Ka1 = 4,2.10-7 , Ka2 = 4,8.10-11 Bài giải : Na2CO3 Na+ + CO32Đây là muối trung hoà của axit yếu đa chức và bazơ mạnh đơn chức . Tuy nhiên ion Na+ không bị thuỷ phân nên pH của dung dịch được quyết định bởi một đa bazơ yếu CO32- 0,1M Kb1 = 10-3,68 ; Kb2 = 10-7,62 CO32- + H2O HCO3- + OHKb1 = 10-3,68 HCO3- + H2O H2CO3 + OHKb2 = 10-7,62 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có : Kb1 >> Kb2 và Cb . Kb1 = 0,1.10-3,68 = 10-4,68 >> Kw Nên có thể coi [OH-] được quyết định bởi nấc thứ nhất (bỏ qua nấc thứ 2 và bỏ qua sự điện li của H2O) CO32- + H2O HCO3- + OHKb1 = 10-3,68 Ban đầu : 0,1M 0 0 Phản ứng : x x x Cân bằng : 0,1- x x x -3,68 Kb1 = = 10 = 0,1 10-3,68 ≈ 400 . Nên không thể coi x << 0,1 => Gỉải phương trình bậc hai ta có : x = [OH- ] = 4,47.10-3 => pOH = 2,35 => pH = 11,65 Dạng 7. Tính pH của dung dịch muối : 7.1. Tính pH của dung dịch muối trung hoà : 7.1.a. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit mạnh và bazơ mạnh Bài 1) Tính pH của dung dịch muối NaCl 0,01M , NaNO3 0,05M Bài giải : NaCl Na+ + ClH2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Các ion Na+ , Cl- đều là ion trung tính không bị thuỷ phân nên môi trường trung tính pH = 7 12 NaNO3 Na+ + NO3H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Các ion Na+ , NO3- đều là ion trung tính không bị thuỷ phân nên môi trường trung tính pH = 7 7.1.b. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit mạnh và bazơ yếu Bài 1) Câu 6.1- Đề thi HSG tỉnh lớp 12- Hà Tĩnh năm học 2008-2009 Muối Fe3+ bị thuỷ phân theo phương trình phản ứng sau: Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ K = 4,0.10-3 a- Tính pH của dung dịch FeCl3 0,05M b- Tính pH mà dung dịch phải có để 95% muối Fe3+ không bị thuỷ phân Bài giải : Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ K = 4,0.10-3 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có : K.C = 0,05.4.10-3 = 2.10-4 >> Kw => Bỏ qua nồng độ H+ do H2O điện li aFe3+ + H2O Fe(OH)2+ + H+ K = 4,0.10-3 Ban đầu : 0,05 M 0 0 Phản ứng : x x x Cân bằng : 0,05-x x x -3 K = = = 4,0.10 Vì = = 12,5 < 400 => Không thể coi x << 0,05 Giải phương trình bậc hai, ta có : x = [H+] = 0,0123 => pH = 1,19 b- Khi 95% muối Fe3+ không bị thuỷ phân, ta có tỉ lệ : = Mặt khác : K = => K = [H+] = 4,0.10-3 => [H+] = 7,6. 10-2 => pH = 1,12 7.1.c. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit yếu và bazơ mạnh Bài 1) Tính pH của dung dịch Na2SO3 0,01M biết Ka1= 10-1,92 ; Ka2= 10-7,18 Bài giải : Na2SO3 Na+ + SO320,01 0,01 0,01 2SO3 + H2O HSO3 + OH Kb1 = = 10-6,82 HSO3- + H2O H2SO3 + OHKb2 = = 10-12,08 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có : Kb1 >> Kb2 => Bỏ qua OH- do nấc thứ 2 phân li Kb1.Cb =10-2. 10-6,82 =10-8,82 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể = >> 400 => ≈ 400 SO32- + H2O HSO3- + OHKb1 = = 10-6,82 Ban đầu : 0,01M 0 0 13 Phân li x x x Cân bằng 0,01- x x x -6,82 Kb = = 10 = >> 400 => Có thể xem x << 0,01 => x = 10-4,41 => pOH = 4,41 => pH = 9,59 7.1.d. Tính pH của dd muối trung hoà AB nồng độ CM tạo bởi axit yếu HA Ka, và bazơ yếu BOH Kb Bài 1) Tính pH của dung dịch CH3COONH4 0,4M Biết Ka CH3COOH = 1,8.10-5 ; KbNH3 = 1,6.10-5 Bài giải : CH3COONH4 CH3COO- + NH4+ 0,4 M 0,4M 0,4M CH3COO- + H2O CH3COOH + OHKb = = 10-9,25 NH4+ + H2O NH3 + H+ Ka = = 10-9,2 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có các cặp axit bazơ liên hợp sau : NH4+ / NH3 (1) và CH3COOH / CH3COO- (2) Với Ca1 = Cb1 = 0,4M Tiến hành các phép thử : Ka(1) . Ca(1) = 10-9,2 . 0,4 = 2,5.10-10 >10-12 >> Kw Kb(2) . Cb(2) = 10-9,25 . 0,4 = 2,224.10-10 >10-12 >> Kw = = 0,64.109 >> 400 = = 7,2.108 >> 400 Suy ra : [H+ ] = = = 1,06.10-7 => pH = 6,97 Bài 2) Tính pH của dung dịch CH3COONH2(CH3)2 0,4M và dung dịch NH4NO2 0,01M Biết Kb NH3 = 1,6.10-5 ; Kb NO2- = 2.10-11 ; Ka CH3COOH = 1,8.10-5 ; Kb (CH3)2NH= 5,9.10-4 Bài giải : Lập luận như trên , tính gần đúng : -Dung dịch CH3COONH2(CH3)2 0,4M [H+ ] = = 1,75.10-8 => pH = 7,76 -Dung dịch NH4NO2 0,01M [H+ ] = = 5,59.10-7 => pH ≈ 6,25 7.2. Tính pH của dd muối axit : 14 7.2.a. Tính pH của dd muối axit tạo bởi axit mạnh và bazơ mạnh Bài 1) Tính pH của dung dịch muối NaHSO4 0,01M Biết K HSO4- =1,2 -10-2 Bài giải: NaHSO4 Na+ + HSO40,01M 0,01M 0,01M HSO4 H+ + SO42H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C K2.Ca = 0,01. 1,2.10-2 = 1,2. 10-4 >>Kw = 10-14  có thể bỏ qua H+ do nước điện li HSO4H+ + SO42Ban đầu 0,01M 0 0 Phân li x x x Cân bằng 0,01- x x x = = 0,83333 < 400 => Không thể coi x<< 0,01 Giải phương trình bậc hai sau: K2 = = 1,2.10-2 x = 6,49.10-3 [H+ ] = 6,49.10-3M => pH = 2,19 7.2.b. Tính pH của dd muối axit tạo bởi axit yếu H2A và bazơ mạnh MOH Bài 1) Câu 3b- Đề thi HSG tỉnh lớp 11 Hà Tĩnh năm 2007-2008 Ở 250C Các axit : H2CO3 , H2SO3 , H2S có hằng số phân li axit như sau : H2CO3 K1 = 10-7 K2 = 10-11 ; H2SO3 K1 = 10-2 K2 = 10-6 ; H2S K1 = 10-7 K2 = 10-13 -Hãy so sánh pH của các dung dịch NaHCO3 ,NaHSO3 , NaHS khi chúng đều có cùng nồng độ 0,1M - Bằng các phép tính, hãy kiểm tra lại trật tự sắp xếp trên. Bài giải : Các axit H2CO3 , H2SO3 , H2S đều là các đi axit nên các muối NaHCO3 ,NaHSO3 , NaHS đều là muối axit có gốc axit lưỡng tính Kí hiệu chung : MHA MHA M+ + HAHAH+ + A- Ka2 HA- + H+ H2A K1-1 Nếu K2 càng lớn và K1 càng lớn (K1-1 càng bé ) thì nồng độ H+ càng lớn => pH càng nhỏ . Như vậy ta có pH của các dung dịch tăng theo thứ tự : pH : NaHSO3 < NaHCO3 < NaHS Định lượng kiểm tra lại trật tự trên : Một cách gần đúng ta có : pH = 1/2 pK1 + pK2 15 Vậy các giá trị pH lần lượt là : NaHSO3 = 4 < NaHCO3 = 9 < NaHS = 10 Bài 2) So sánh pH của các dung dịch 0,1M của các chất sau : NaHSO3 Biết H2SO3 K1 = 10-2 K2 = 10-6 NaHC2O4 Biết H2C2O4 K1 = 10-1,25 K2 = 10-4,27 Na2HPO4 Biết H3PO4 Ka1 = 10-2,23 ; Ka2 = 10-7,21 ; Ka3 = 10-12,32 Bài giải : Dựa vào công thức tính gần đúng như : pH = (pKa1 + pKa2) Ta có : NaHSO3 pH = (2+6) = 4 NaHC2O4 pH = (1,25+ 4,27) = 2,76 Na2HPO4 pH = (7,21+ 12,32) = 9,77 Vậy pH : NaHC2O4 < NaHSO3 < Na2HPO4 Dạng 8. Tính pH của dung dịch đệm: Bài 1) Dung dịch A gồm CH3COOH 0,1M và CH3COONa 0,1M a-Tính pH của dung dịch A ? Biết Ka = 1,8.10-5 b- Thêm 0,001mol HCl vào 1lít dung dịch A , thì pH của dung dịch sẽ bằng bao nhiêu ? c- Thêm 0,001mol NaOH vào 1lít dung dịch A , thì pH của dung dịch sẽ bằng bao nhiêu ? Rút ra nhận xét . Bài giải : NaCH3COO Na+ + CH3COOCH3COOH H+ + CH3COOKa = 1,8.10-5 H2O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 250C Ta có : KaCa >> Kw => Bỏ qua điện li H2O CH3COOH H+ + CH3COOKa = 1,8.10-5 Ban đầu 0,1M 0 0,1M Phân li x x x Cân bằng 0,1- x x 0,1+ x -5 Ka = = 1,8.10 = >> 400 => Có thể coi x << 0,1 => x = [H+] = 10-4,76 => pH = 4,76 b- Phản ứng xẩy ra : NaCH3COO + HCl NaCl + CH3COOH 0,1 0,001 0,001 Dư 0,1-0,001 Thành phần giới hạn : CH3COOH 0,1 + 0,001 = 0,101M NaCH3COO 0,1-0,001 = 0,099M 16 Cân bằng : NaCH3COO Na+ + CH3COO0,099 0,099 CH3COOH H+ + CH3COOBan đầu 0,101M 0 0,099M Phân li x x x Cân bằng 0,101- x x 0,099+ x -5 Ka = = 1,8.10 Giả sử : x<< 0,099 ta có : x = [H+] = 1,02 . 10-4,76 << 0,099 => pH = 4,75 c- Phản ứng xẩy ra : NaOH + CH3COOH NaCH3COO + H2O 0,001 0,1 0,001 Dư 0,1-0,001 Thành phần giới hạn : CH3COOH 0,1-0,001 = 0,099M NaCH3COO 0,1 + 0,001 = 0,101M Ka = 1,8.10-5 Cân bằng : NaCH3COO Na+ + CH3COO0,101 0,101 CH3COOH H+ + CH3COOKa = 1,8.10-5 Ban đầu 0,099M 0 0,101M Phân li x x x Cân bằng 0,099- x x 0,101+ x -5 Ka = = 1,8.10 Giả sử : x<< 0,099 ta có : x = [H+] = 0,98 . 10-4,76 << 0, 099 => pH = 4,77 Nhận xét : Hỗn hợp dung dịch A gồm CH3COOH 0,1M và CH3COONa 0,1M là một dung dịch đệm vì pH hầu như không thay đổi khi thêm HCl và NaOH vào. Bài tập tự giải: 1) Tính pH của các dung dịch : HNO3 10-2M ; HNO3 1,2.10-7M ; HNO3 10-9M 2) Tính pH của các dung dịch : Ba(OH)2 10-2M , KOH 10-7M ; NaOH 10-9M 3) Tính pH của các dung dịch : HCOOH 10-2M Ka = 10-3,75 ; HCN 10-2M Ka = 10-9,35 HBrO 10-2M Ka = 10-8,6 4) Tính pH của các dung dịch : Metylamin 10-1M Ka = 10-10,6 ; dimetylamin 1,5.10-2M 17 Ka = 10-10,87 5) Tính pH của các dung dịch : H2C2O4 10-2M K1 = 10-1,25 K2 = 10-4,27 ; H2S 10-2M Ka1 = 10-7 Ka2 = 10-12,92 6) Tính pH của các dung dịch muối : KNO3 0,5M ; Na2SO4 0,1M 7) Tính pH của các dung dịch muối : C6H5COONa 10-2M Ka = 10-4,2 ; NaClO 10-2M Ka = 10-7,53 8) Tính pH của các dung dịch muối : CH3NH3Cl 0,1M Kb = 10-3,4 Al(NO3)3 0,01M Ka1 = 10-5 (coi trong dung dịch chỉ tồn tại phức hiđroxo Al(OH)2+ ) 9) Trộn 25,00ml dung dịch NH3 8,0.10-3 M với 15,00ml dung dịch HCl 1,046,10-3M . Tính pH của dung dịch thu được . Biết Ka NH4+ = 10-9,24 10) Tính pH của dung dịch A gồm HF 0,1M và NaF 0,1M Tính pH của 1lít dung dịch A trên trong 2 trường hợp : a) Thêm 0,01mol HCl vào b) Thêm 0,01 mol NaOH vào Biết Ka = 6,8.10-4 C- Kết luận : Đề tài : "Các dạng bài tập xác định pH của các dung dịch axit, bazơ, muối và dung dịch đệm " giúp học sinh : -Hệ thống các dạng bài tập về pH để khi làm bài các em định hướng được dạng bài từ đó tìm ra cách giải . 18 - Với những bài tập về pH phức tạp thì đề tài này chỉ cho các em thấy có thể đơn giản hoá các phép tính phức tạp đó trong giới hạn cho phép để các em giải nhanh hơn. Tuy nhiên trong khuôn khổ đề tài này, tôi chỉ đưa ra được một vấn đề rất nhỏ về pH và cũng chưa có những bài tập dạng khó hơn, phức tạp hơn ; ví du. : Tính pH của hỗn hợp các axit yếu, hỗn hợp các bazơ yếu, muối NH4HCO3 …. Kính mong quý thầy cô dành thời gian đọc và góp ý cho đề tài của tôi để tôi có thể hoàn thiện dần trong quá trình học tập và giảng dạy . Tôi xin chân thành cảm ơn . * Tài liệu tham khảo : 1)Tuyển tập đề thi Olimpic Hoá Học 11 lần thứ X năm 2004 -Nhà xuất bản Giáo Dục 2)Tuyển tập đề thi Olimpic Hoá Học lần thứ XII năm 2006 - Nhà xuất bản Giáo Dục 3)Tuyển tập đề thi Olimpic Hoá Học lần thứ XIII năm 2007 -Nhà xuất bản ĐH Sư Phạm 4)Tuyển tập đề thi Olimpic Hoá Học lần thứ XIV năm 2008 -Nhà xuất bản ĐH Sư Phạm 19 5) Một số vấn đề chọn lọc của Hoá học Tác giả : Nguyễn Duy Ái, Nguyễn Tinh Dung, Trần Thành Huế, Trần Quốc Sơn, Nguyễn Văn Tòng - Nhà xuất bản Giáo Dục 6)Tuyển tập bài giảng Hoá Học Vô Cơ Tác giả : Cao Cự Giác -Nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội 7) Hoá phân tích Tác giả : Nguyễn Tinh Dung - Nhà xuất bản Giáo dục 8) Các bài tập chọn lọc Hoá học sơ cấp - Tác giả : PGS-TS Đào Hữu Vinh -Nhà xuất bản Hà Nội Mục lục A- Lí do chọn đề tài B- Nội dung đề tài : I- Đặt vấn đề : II- Giải quyết vấn đề 1- Sự điện li của H2O Trang 1 2 2 2 2 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

Tài liệu vừa đăng