Bài 3: Sự điện li của nước - pH và Chất chỉ thị axit-bazơ

1.1. Sự điện li của nước

- Nước là chất điện rất yếu.

- Phương trình điện li: H₂O ⇔ H⁺ + OH^-

1.2. Tích số ion của nước

- Ở 25^OC, hằng số KH2O gọi là tích số ion của nước.

K_H2O = [H⁺]. [OH ^-]   = 10^-14

→ [H⁺] = [OH ^-] = 10^-7

- Nước là môi trường trung tính, nên môi trường trung tính là môi trường trong đó [H⁺] = [OH] = 10^-7 

1.3. Ý nghĩa tích số ion của nước

*Trong môi trường axit

Ví dụ: Tính [H⁺]  và [OH ^-]  của dung dịch HCl 10^-3 M.

        HCl →      H⁺      + Cl^-

       10^-3 M → 10^-3 M    

⇒ [H⁺] = [HCl] = 10^-3 M 

⇒ \([O{H^ - }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{[{H^ + }]}} = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 3}}}} = {10^{ - 11}}M\)

⇒ [H⁺] > [OH^-] hay [H⁺] >10^-7 M.

*Trong môi trường bazơ

Ví dụ: Tính [H⁺] và [OH^-] của dung dịch NaOH 10^-5 M

     NaOH → Na⁺ + OH^-

    10^-5 M  →         10^-5 M

⇒ [OH^-] = [NaOH] = 10^-5 M

⇒ \([{H^ + }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{[O{H^ - }]}} = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 5}}}} = {10^{ - 9}}M\)

⇒ [OH^-] > [H⁺]  

* Kết luận

Vậy [H⁺] là đại lượng đánh giá độ axít, độ bazơ của dung dịch.

Mt trung tính: [H⁺]  = 10^-7 M

Mt bazơ  :       [H⁺]  <10^-7 M

Mt axít:          [H⁺]  > 10^-7 M  

2.1. Khái niệm pH

Dung dịch được sử dụng nhiều thường có [H⁺]  trong khoảng 10 ^-1 à 10^-14 M. Để tránh ghi giá trị [H⁺]   với số mũ âm, người ta dùng pH.

Công thức: [H⁺]  = 10^-pH M  hay pH= -lg [H⁺]

Nếu [H⁺]   = 10^-a M  thì pH = a

Ví dụ: 

[H⁺]   = 10^-3 M ⇒ pH=3 môi trường axít

[H⁺] = 10^-11 M ⇒ pH = 11: môi trường bazơ

[H⁺]= 10^-7 M ⇒ pH = 7 :môi trường trung tính.

2.2. Chất chỉ thị Axit - bazơ

- Là chất có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch

- Ví dụ: Quỳ tím, phenolphtalein

Hình 1: Màu của chất chỉ thị vạn năng

(Thuốc thử MERCK của Đức) ở các giá trị pH khác nhau

Video 1: Chỉ thị đo pH từ bắp cải tím

Bài 1:

Có 5 dung dịch NH₃, HCl, NH₄Cl, Na₂CO₃, CH₃COOH được đánh ngẫu nhiên là A, B, C, D, E. Giá trị pH và khả năng dẫn điện của dung dịch theo bảng sau:

- Dung dịch A:

+ pH: 5,15

+ Khả năng dẫn điện: Tốt

- Dung dịch B:

+ pH: 10,35

+ Khả năng dẫn điện: Tốt

- Dung dịch C:

+ pH : 4,95

+ Khả năng dẫn điện: Kém

- Dung dịch D:

+ pH : 1,25

+ Khả năng dẫn điện: Tốt

- Dung dịch E:

+ pH : 10,60

+ Khả năng dẫn điện: Kém

Các dung dịch A, B, C, D, E lần lượt là:

Hướng dẫn:

Các chất điện ly mạnh và phân ly ra càng nhiều ion so với số phân tử chất ban đầu thì dẫn điện càng mạnh

Chất dẫn điện tốt: HCl; NH₄Cl; Na₂CO₃

Chất dẫn điện kém là: CH₃COOH; NH₃

Độ pH tăng dần: HCl; CH₃COOH; NH₄Cl; NH₃; Na₂CO₃

Bài 2:

Cho các dung dịch có cùng nồng độ mol/l: NaHCO₃ (1), Na₂CO₃ (2), NaCl (3), NaOH (4). pH của các dung dịch tăng theo thứ tự:

Hướng dẫn:

NaOH là bazơ mạnh nên có pH lớn nhất

Muối Na₂CO₃ có pH > muối NaHCO₃ vì HCO₃^- vẫn còn 1 Hidro có khả năng phân ly thành H⁺ nhưng vẫn có tính bazo mà không đáng kể

NaCl là muối trung tính nên pH thấp nhất

Vậy ta kết luận pH của các dung dịch tăng theo thứ tự: 3, 1, 2, 4.

Bài 3:

Cho V lít dung dịch Ba(OH)₂ 0,025M vào 200ml dung dịch X có pH = 1 gồm HNO₃ và HCl, thu được dung dịch có pH = 2. Giá trị của V là:

Hướng dẫn:

pH dung dịch sau = 2 < 7 ⇒ H⁺ dư

⇒ n_H+ - n_OH- = n_H+ (sau)

⇒ 0,02 – 0,05V = 0,01.(V + 0,2)

⇒ V = 0,3 lit 

1.1. Sự điện li của nước

- Nước là chất điện rất yếu.

- Phương trình điện li: H₂O ⇔ H⁺ + OH^-

1.2. Tích số ion của nước

- Ở 25^OC, hằng số KH2O gọi là tích số ion của nước.

K_H2O = [H⁺]. [OH ^-]   = 10^-14

→ [H⁺] = [OH ^-] = 10^-7

- Nước là môi trường trung tính, nên môi trường trung tính là môi trường trong đó [H⁺] = [OH] = 10^-7 

1.3. Ý nghĩa tích số ion của nước

*Trong môi trường axit

Ví dụ: Tính [H⁺]  và [OH ^-]  của dung dịch HCl 10^-3 M.

        HCl →      H⁺      + Cl^-

       10^-3 M → 10^-3 M    

⇒ [H⁺] = [HCl] = 10^-3 M 

⇒ \([O{H^ - }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{[{H^ + }]}} = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 3}}}} = {10^{ - 11}}M\)

⇒ [H⁺] > [OH^-] hay [H⁺] >10^-7 M.

*Trong môi trường bazơ

Ví dụ: Tính [H⁺] và [OH^-] của dung dịch NaOH 10^-5 M

     NaOH → Na⁺ + OH^-

    10^-5 M  →         10^-5 M

⇒ [OH^-] = [NaOH] = 10^-5 M

⇒ \([{H^ + }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{[O{H^ - }]}} = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 5}}}} = {10^{ - 9}}M\)

⇒ [OH^-] > [H⁺]  

* Kết luận

Vậy [H⁺] là đại lượng đánh giá độ axít, độ bazơ của dung dịch.

Mt trung tính: [H⁺]  = 10^-7 M

Mt bazơ  :       [H⁺]  <10^-7 M

Mt axít:          [H⁺]  > 10^-7 M  

2.1. Khái niệm pH

Dung dịch được sử dụng nhiều thường có [H⁺]  trong khoảng 10 ^-1 à 10^-14 M. Để tránh ghi giá trị [H⁺]   với số mũ âm, người ta dùng pH.

Công thức: [H⁺]  = 10^-pH M  hay pH= -lg [H⁺]

Nếu [H⁺]   = 10^-a M  thì pH = a

Ví dụ: 

[H⁺]   = 10^-3 M ⇒ pH=3 môi trường axít

[H⁺] = 10^-11 M ⇒ pH = 11: môi trường bazơ

[H⁺]= 10^-7 M ⇒ pH = 7 :môi trường trung tính.

2.2. Chất chỉ thị Axit - bazơ

- Là chất có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch

- Ví dụ: Quỳ tím, phenolphtalein

Hình 1: Màu của chất chỉ thị vạn năng

(Thuốc thử MERCK của Đức) ở các giá trị pH khác nhau

Video 1: Chỉ thị đo pH từ bắp cải tím

Bài 1:

Có 5 dung dịch NH₃, HCl, NH₄Cl, Na₂CO₃, CH₃COOH được đánh ngẫu nhiên là A, B, C, D, E. Giá trị pH và khả năng dẫn điện của dung dịch theo bảng sau:

- Dung dịch A:

+ pH: 5,15

+ Khả năng dẫn điện: Tốt

- Dung dịch B:

+ pH: 10,35

+ Khả năng dẫn điện: Tốt

- Dung dịch C:

+ pH : 4,95

+ Khả năng dẫn điện: Kém

- Dung dịch D:

+ pH : 1,25

+ Khả năng dẫn điện: Tốt

- Dung dịch E:

+ pH : 10,60

+ Khả năng dẫn điện: Kém

Các dung dịch A, B, C, D, E lần lượt là:

Hướng dẫn:

Các chất điện ly mạnh và phân ly ra càng nhiều ion so với số phân tử chất ban đầu thì dẫn điện càng mạnh

Chất dẫn điện tốt: HCl; NH₄Cl; Na₂CO₃

Chất dẫn điện kém là: CH₃COOH; NH₃

Độ pH tăng dần: HCl; CH₃COOH; NH₄Cl; NH₃; Na₂CO₃

Bài 2:

Cho các dung dịch có cùng nồng độ mol/l: NaHCO₃ (1), Na₂CO₃ (2), NaCl (3), NaOH (4). pH của các dung dịch tăng theo thứ tự:

Hướng dẫn:

NaOH là bazơ mạnh nên có pH lớn nhất

Muối Na₂CO₃ có pH > muối NaHCO₃ vì HCO₃^- vẫn còn 1 Hidro có khả năng phân ly thành H⁺ nhưng vẫn có tính bazo mà không đáng kể

NaCl là muối trung tính nên pH thấp nhất

Vậy ta kết luận pH của các dung dịch tăng theo thứ tự: 3, 1, 2, 4.

Bài 3:

Cho V lít dung dịch Ba(OH)₂ 0,025M vào 200ml dung dịch X có pH = 1 gồm HNO₃ và HCl, thu được dung dịch có pH = 2. Giá trị của V là:

Hướng dẫn:

pH dung dịch sau = 2 < 7 ⇒ H⁺ dư

⇒ n_H+ - n_OH- = n_H+ (sau)

⇒ 0,02 – 0,05V = 0,01.(V + 0,2)

⇒ V = 0,3 lit