Hoá học 11 · Cân bằng hoá học
Cân bằng trong dung dịch nước: sự điện li, pH và chuẩn độ acid – base
Chất điện li mạnh, yếu; thuyết acid – base Brønsted – Lowry; khái niệm pH, chất chỉ thị, chuẩn độ acid – base và ý nghĩa của sự thuỷ phân các ion.
Sự điện li
Sự điện li là quá trình phân li các chất trong nước thành ion. Chất tan trong nước phân li ra ion gọi là chất điện li.
- Chất điện li mạnh phân li hoàn toàn: acid mạnh (HCl, HNO3, H2SO4), base mạnh (NaOH, KOH, Ba(OH)2), hầu hết muối. Ví dụ NaCl → Na+ + Cl−.
- Chất điện li yếu phân li một phần, dùng mũi tên thuận nghịch: CH3COOH ⇌ CH3COO− + H+.
Thuyết Brønsted – Lowry
Acid là chất cho proton H+; base là chất nhận proton.
Ví dụ: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−. Trong phản ứng thuận, NH3 là base, H2O là acid.
Chất vừa có thể cho vừa có thể nhận proton là chất lưỡng tính, ví dụ HCO3−, H2O.
pH và chất chỉ thị
Nước điện li rất yếu: H2O ⇌ H+ + OH−. Ở 25 °C, tích số ion của nước \([H^+] \cdot [OH^-] = 10^{-14}\).
\[pH = -\lg [H^+] \qquad [H^+] = 10^{-pH}\]| Môi trường | pH | Quỳ tím | Phenolphthalein |
|---|---|---|---|
| acid | nhỏ hơn 7 | hoá đỏ | không màu |
| trung tính | bằng 7 | tím | không màu |
| base | lớn hơn 7 | hoá xanh | hồng (khi pH ≥ 8,3) |
pH có ý nghĩa lớn trong đời sống: máu người có pH khoảng 7,35 đến 7,45; mỗi loại cây trồng thích hợp với đất có pH nhất định.
Chuẩn độ acid – base và sự thuỷ phân ion
Chuẩn độ là phương pháp xác định nồng độ một chất bằng dung dịch chuẩn đã biết nồng độ. Ví dụ: nhỏ dung dịch NaOH từ burette vào dung dịch HCl có vài giọt phenolphthalein, đến khi dung dịch chuyển hồng nhạt bền thì dừng.
\[C_{HCl} \cdot V_{HCl} = C_{NaOH} \cdot V_{NaOH}\]Sự thuỷ phân ion: một số ion phản ứng với nước làm dung dịch có môi trường acid hoặc base. Ion Al3+, Fe3+, NH4+ làm dung dịch có môi trường acid (phèn chua làm trong nước); ion CO32−, CH3COO− làm dung dịch có môi trường base (soda Na2CO3 dùng tẩy rửa).
🧪 Thí nghiệm ảo – mô phỏng
- Ở mô phỏng thang pH, chọn HCl và giảm nồng độ từ 0,1 M xuống 0,0001 M: pH tăng từ 1 lên 4.
- Chọn acid yếu CH3COOH cùng nồng độ với HCl: pH lớn hơn vì acid yếu phân li một phần.
- Ở mô phỏng chuẩn độ, nhỏ chậm NaOH gần điểm tương đương: pH tăng vọt và dung dịch chuyển hồng.
🎉 Thí nghiệm vui cho bài này
📐 Công thức cần nhớ
✍️ Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Tính pH của dung dịch HCl 0,01 M và dung dịch NaOH 0,001 M.
Xem lời giải
- HCl phân li hoàn toàn: [H⁺] = 0,01 = 10⁻² M, pH = 2.
- NaOH: [OH⁻] = 10⁻³ M, pOH = 3, pH = 14 − 3 = 11.
✅ Đáp số: pH = 2 và pH = 11
Ví dụ 2. Chuẩn độ 10 mL dung dịch HCl chưa biết nồng độ cần dùng vừa hết 12,5 mL dung dịch NaOH 0,1 M. Tính nồng độ HCl.
Xem lời giải
- \(C_{HCl} = \frac{C_{NaOH} \cdot V_{NaOH}}{V_{HCl}} = \frac{0{,}1 \cdot 12{,}5}{10}\)
✅ Đáp số: 0,125 M
⚠️ Lỗi thường gặp
- Dùng pH = −lg[OH⁻] cho dung dịch base: phải tính pOH trước rồi lấy 14 trừ đi.
- Cho rằng pH của acid yếu bằng pH của acid mạnh cùng nồng độ.
- Quên rằng phenolphthalein không đổi màu trong môi trường acid và trung tính.