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 =
[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- ]
Kw
Với : [A- ] = Ca và [ OH- ] =
[H+]
Kw
[H+ ] = Ca + + [H+ ]2 - [H+ ].Ca - Kw = 0
[H ]
[1]
2
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- Nếu nồng độ axit Ca 10-8 M thì bỏ qua [H+ ] do axit phân li ra
=> 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+ ]
Kw
Với : [M+ ] = Ca và [ OH- ] = +
[H ]
+ 2
+
[H ] + [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- Nếu nồng độ axit Cb 10-8 M thì bỏ qua [OH- ] do axit phân li ra
=> 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
[H+].[A-]
[HA]
Biểu thức Ka : Ka =
[H+ ] = Ka
[HA]
[A-]
Ca-[H+]+[OH-]
+
Ta có : [H ] = Ka
[3]
[H+]-[OH-]
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:
3
Nếu Ka.Ca > 10-12 >>Kw = 10-14 Có thể coi H2O phân li không đáng kể
Nếu Ca > 400 hay α < 0,05 có thể coi HA phân li không đáng kể
Ka
+ 2
[H ] = Ka.Ca [H+ ] = Ka.Ca
1
pH = [pKa-lgCa]
2
6. Tính pH của dung dịch đơn bazơ yếu BOH Cb [M] Hằng số Kb =
Kw
Ka
[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 Cb > 400 hay α < 0,05 có thể coi MOH phân li không đáng kể
Kb
- 2
[OH ] = Kb.Cb [OH- ] = Kb.Cb
1
pOH = [pKb-lgCb]
2
1
Hay : pH = 14- pOH = 14 - [pKb-lgCb]
2
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
H2A 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 .
1
pH = [pKa1-lgCa]
2
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 .
4
1
pOH = [pKb1-lgCb]
2
1
Hay : pH = 14- pOH = 14 - [pKb1-lgCb]
2
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 .
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
+
+
[A ][H ]
[B ][OH ]
Ka1=
; Kb2=
; Kw = [H+ ].[ OH- ] = 1,0. 10-14 ở 250C
[HA]
[BOH]
Bảo toàn nồng độ :
[A-] + [HA] = C ; [B+] + [BOH] = C
Bảo toàn điện tích :
[B+] + [H+] = [A-] + [OH-]
5
Suy ra :
[A-] = [B+] + [H+] - [OH-]
[HA] = C- [A-] = C- [B+] - [H+] + [OH-]
[BOH] = C - [B+]
[[B+]+[H+]-[OH-]].[H+]
Ka1 =
C-[B+]-[H+]+[OH-]
Mặt khác, trong dung dịch muối tạo bởi axit yếu và bazơ yếu có thể coi:
[H+] - [OH-] 0
[B+].[H+]
[B+].[H+]
Ka1=
=
C-[B+]
[BOH]
+
[H ]
[H+]2
Hay Ka1= Kb2
- = Kb2
[OH ]
10-14
Vậy :
1
[H+] = Ka1.Ka2
hay
pH = [pKa1 +pKa2]
2
Hay :
1
1
pH = 7 + pKa1- pKb2
2
2
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
1
1
1
1
Định lượng : pH = 7 + pKa - pKb = 7 + .4,75 - .4,8 = 6,98
2
2
2
2
+
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
6
x
0,01-x
x
x
x
x
x2 = 10-2
0,01-x
Vì Ka lớn hay Cb < 400 nên không thể coi 0,01-x 0,01
Kb
=> 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
H 2A
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 > Ka2C và Ka1 1,0.10-7 Môi trường axit
Cb
Có thể bỏ qua nồng độ [OH-] trong biểu thức trên
Ca-[H+]
Vậy :
[H+] = Ka
Cb+[H+]
+Trường hợp 2:
Nếu [H+] Ka Ca < 1,0.10-7 Môi trường bazơ
Cb
Có thể bỏ qua nồng độ [H+] trong biểu thức trên
Ca+[OH-]
Vậy :
[H+] = Ka
Cb-[OH-]
+
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 Ca pH = pKa - lg Ca
Cb
Cb
Vậy phạm vi áp dụng của công thức tính pH trên là:
KaCa , KbCb >> Kw và [H+], [OH-] pH=7
ở t0 250C Kw 10-14 , môi trường trung tính : [H+]=[OH-] 10-7M=> pH7
b- Mệnh đề này sai vì CH3COOH là axit yếu chỉ phân li một phần
[H+] 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 ?
Bài giải :
NaOH
Na+ + OH9
H2O
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
0,1
Ca =
5555,6 > 400
1,8.10-5
Ka
Có thể coi [HA] Ca = 0,1M
Vậy [H+ ]2 = Ka.Ca [H+ ] = Ka.Ca = 0,1.1,8.10-5 = 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
0,1
Ca =
1,515.103 > 400
6,6.10-4
Ka
Có thể coi [HA] Ca = 0,1M
+ 2
Vậy [H+ ]2 = Ka.Ca Ka = [H ]
Ca
+
-2,87
Vì pH = 2,87 => [H ] = 10
-2,87 2
Ka = [10 ] = 10-4,74 1,8.10-5
0,1
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 :
10
Trong dung dịch H2SO4 :
H2SO4 H+ +
HSO40,1M
0,1M
0,1M
HSO4
H+ + 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
Ca = 0,1 = 8,3333 < 400 => Không thể coi x 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 =
Kw
Ka
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
Cb = 10-2 1,8.10-5 400
Kb
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
2
Kb = x
= 1,8.10-5
0,01-x
Cb = 10-2 1,8.10-5 400 => Không nên xem x Giải phương trình bậc hai, ta có :
x = 4,15.10-4 => pOH = 3,38 => pH = 10,62
11
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
Cb = 10-2 400
Kb 1,8.10-5
C5H5N + H2O
C5H5NH+ + OHKb = 10-8,8
Ban đầu : 0,015M
0
0
Phân li
x
x
x
Cân bằng 0,015- x
x
x
2
x
Kb =
= 10-8,8
0,015-x
Cb = 0,015 > 400 => Có thể xem x x = [OH- ] = 4,88.10-6 => [H+ ] = 2,05.10-9 => pH = 8,69
Hay : [OH- ]2 = Kb.Cb [OH- ] = Kb.Cb = 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- ] = Ca.Ka1 = 0,025.4,2.10-7 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
2+
[CO3 ][H ]
Ka2 =
= 4,8.10-11
[HCO3-]
Ca = 1.10-4 = 2,1.10-6 >> 400 . Có thể coi x 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
Ban đầu : 0,01 M
0
0
Phản ứng : x
x
x
Cân bằng : 0,01-x
x
x
2
Ka1 = x
= 10-2,23
0,01-x
Ca = 0,01 = 10-0,23 < 400 => Không thể coi x 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
13
Ban đầu : 0,1M
0
0
Phản ứng : x
x
x
Cân bằng : 0,1- x
x
x
2
Kb1 = x = 10-3,68
0,1-x
Cb = 0,1 10-3,68 400 . Nên không thể coi x 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
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
14
[Fe[OH]2+][H+]
x2 = 4,0.10-3
K=
=
[Fe3+]
0,05-x
C
0,05
Vì =
= 12,5 < 400 => Không thể coi x pH = 1,19
b- Khi 95% muối Fe3+ không bị thuỷ phân, ta có tỉ lệ :
[Fe[OH]2+]
5
=
3+
[Fe ]
95
[Fe[OH]2+][H+]
5
Mặt khác : K =
=> K = [H+]
= 4,0.10-3
3+
[Fe ]
95
=> [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
Kw
SO32- + H2O
HSO3- + OHKb1 =
= 10-6,82
Ka2
Kw
HSO3- + H2O
H2SO3 + OHKb2 =
= 10-12,08
Ka1
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
Cb = 0,01 >> 400 => 400
-6,82
Kb1 10
Kw
SO32- + H2O
HSO3- + OHKb1 =
= 10-6,82
Ka2
Ban đầu : 0,01M
0
0
Phân li
x
x
x
Cân bằng 0,01- x
x
x
2
Kb = x = 10-6,82
0,01-x
Cb = 0,01 >> 400 => Có thể xem x 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
15
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
NH4+ + H2O
CH3COOH
+
OH-
NH3 + H+
-14
Kb = 10 -5 = 10-9,25
1,8.10
-14
Ka = 10 -5 = 10-9,2
1,6.10
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
Ca[1] = 0,4 = 0,64.109 >> 400
-9,2
Ka[1] 10
Cb[2] = 0,4 = 7,2.108 >> 400
10-9,25
Kb[2]
Suy ra : [H+ ] = Ka1Ka2 = 10-9,21,8.10-5 = 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+ ] = KCH3COOHK[CH3]2NH2+ = 1,75.10-8 => pH = 7,76
-Dung dịch NH4NO2 0,01M
[H+ ] = KHNO2KNH4+ = 5,59.10-7
=> pH 6,25
7.2. Tính pH của dd muối axit :
7.2.a. Tính pH của dd muối axit tạo bởi axit mạnh và bazơ mạnh
Bài 1]
16
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
Ca = 0,01 = 0,83333 < 400 => Không thể coi x 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
Vậy các giá trị pH lần lượt là :
17
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 :
1
pH = [pKa1 + pKa2]
2
Ta có :
1
NaHSO3
pH = [2+6] = 4
2
1
NaHC2O4
pH = [1,25+ 4,27] = 2,76
2
1
Na2HPO4
pH = [7,21+ 12,32] = 9,77
2
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
[0,1+x]x
Ka =
= 1,8.10-5
0,1-x
Ca = 0,1 >> 400 => Có thể coi x x = [H+] = 10-4,76 => pH = 4,76
18
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
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
[0,099+x]x
Ka =
= 1,8.10-5
0,101-x
Giả sử : x