Giải Hóa 11 Kết nối tri thức Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước

Mở đầu: Hình 2.1 cho thấy giá trị pH của dung dịch một số chất thông dụng. Vậy pH là gì? pH có ảnh hưởng gì đến đời sống? Xác định pH như thế nào?

Lời giải:

pH là một đại lượng liên hệ trực tiếp với nồng độ H+ để đánh giá tính acid, base của một dung dịch đã cho, với quy ước như sau:

pH = -log[H+] hoặc [H+] = 10-pH

Chỉ số pH có ý nghĩa to lớn trong thực tiễn, pH có liên quan đến sức khoẻ con người, sự phát triển của động, thực vật, …

Ví dụ:

+ Cá ưa sống trong môi trường nước có pH khoảng 7,5 – 8,5.

+ Một số loại thực vật chỉ phát triển tốt trong đất có giá trị pH thích hợp.

I. Sự điện li

Hoạt động nghiên cứu: Tìm hiểu về sự điện li

Thí nghiệm thử tính dẫn điện của nước, muối ăn và dung dịch muối ăn được thực hiện như mô tả trong Hình 2.2.

Thực hiện yêu cầu:

a) Hãy nhắc lại khái niệm dòng điện.

b) Đèn sáng cho thấy dung dịch NaCl dẫn điện, chứng tỏ dung dịch có hạt mang điện. Đó có thể là loại hạt nào (electron, phân tử NaCl, cation hay anion)?

c) Hãy giải thích sự tạo thành các hạt mang điện đó.

Lời giải:

a) Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện.

b) Cation và anion.

c) Trong nước NaCl bị phân li tạo thành các ion Na+ và Cl− là chất điện li.

NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl−(aq).

Hoạt động nghiên cứu: Tìm hiểu chất điện li và chất không điện li

Kết quả thử tính dẫn điện với các dung dịch hydrochloric acid (HCl), sodium hydroxide (NaOH), saccharose (C12H22O11), ethanol (C2H5OH) được trình bày trong bảng dưới đây. Hãy hoàn thành các thông tin còn thiếu trong bảng vào vở:

Lời giải:

Hoạt động nghiên cứu: So sánh khả năng phân li trong nước của HCl và CH3COOH

Kết quả thử tính dẫn điện với dung dịch HCl 0,1 M và dung dịch CH3COOH 0,1 M cho thấy trường hợp cốc đựng dung dịch HCl 0,1 M bóng đèn sáng hơn.

Thực hiện yêu cầu sau:

Hãy so sánh số ion mang điện trong hai dung dịch trên, từ đó cho biết acid nào phân li  mạnh hơn.

Lời giải:

- Hai cốc đựng dung dịch HCl và CH₃COOH với cùng nồng độ 0,1 M, cốc đựng dung dịch HCl cho đèn sáng hơn → số ion mang điện trong dung dịch HCl nhiều hơn.

→ Acid HCl phân li mạnh hơn.

Câu hỏi 1: Viết phương trình điện li của các chất sau: HF, HI, Ba(OH)2, KNO3, Na2SO4.

Lời giải:

HF ⇌ H+ + F−

HI → H+ + I−

Ba(OH)2 → Ba2+ + 2OH−

KNO3 → K+ + NO3−

Na2SO4 → 2Na+ + SO42−

II. Thuyết acid – base của Bronsted – Lowry

Hoạt động nghiên cứu: Cho các dung dịch: HCl, NaOH, Na2CO3.

a) Viết phương trình điện li của các chất trên.

b) Sử dụng máy đo pH (hoặc giấy pH) xác định pH, môi trường (acid/base) của các dung dịch trên.

c) Theo khái niệm acid – base trong môn Khoa học tự nhiên ở lớp 8, trong những chất cho ở trên: Chất nào là acid? Chất nào là base?

Lời giải:

a) Phương trình điện li của các chất:

HCl → H+ + Cl-

NaOH → Na+ + OH-

Na2CO3 → 2Na+ +  

b) Học sinh sử dụng máy đo xác định pH, tham khảo kết quả sau:

c) Trong môn Khoa học tự nhiên 8:

- Acid là những hợp chất trong phân tử có nguyên tử hydrogen liên kết với gốc acid. Khi tan trong nước, acid tạo ra ion H+.

- Base là những hợp chất trong phân tử có nguyên tử kim loại liên kết với nhóm hydroxide. Khi tan trong nước, base tạo ra ion OH-.

⇒ Theo khái niệm acid – base trong môn Khoa học tự nhiên ở lớp 8, HCl là acid; NaOH là base.

Câu hỏi 2: Dựa vào thuyết acid – base của Br∅nsted – Lowry, hãy xác định chất nào là acid, chất nào là base trong các phản ứng sau:

a) CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO- + H3O+

b) S2- + H2O ⇌ HS- + OH-

Lời giải:

a) Trong phản ứng thuận CH3COOH là acid vì đây là chất cho H+; H2O là base vì đây là chất nhận H+.

Trong phản ứng nghịch CH3COO− là base vì đây chất nhận H+;  H3O+ là acid vì đây là chất cho H+.

b) Trong phản ứng thuận S2− là base vì đây là chất nhận H+; H2O là acid vì đây là chất cho H+.

Trong phản ứng nghịch HS− là acid vì đây là chất cho H+; OH− là base vì đây là chất nhận H+.

III. Khái niệm pH và ý nghĩa của pH trong thực tiễn

Câu hỏi 3: Một loại dầu gội đầu có nồng độ ion OH- là 10-5,17 mol/ L.

a) Tính nồng độ ion H+, pH của loại dầu gội nói trên.

b) Môi trường của loại dầu gội trên là acid, base hay trung tính?

Lời giải:

a)

Tính nồng độ H⁺ : [H⁺].[] = 10^-14

Tính pH: pH = -log[H⁺]

b) pH > 7 ⇒ môi trường base.

Câu hỏi 4: Một học sinh làm thí nghiệm xác định độ pH của đất như sau: Lấy một lượng đất cho vào nước rồi lọc lấy phần dung dịch. Dùng máy đo pH đo được giá trị pH là 4,52.

a) Hãy cho biết môi trường của dung dịch là acid, base hay trung tính.

b) Loại đất trên được gọi là đất chua. Hãy đề xuất biện pháp để giảm độ chua, tăng độ pH của đất.

Lời giải:

a) Môi trường acid (pH <7).

b) Dùng các vật liệu chứa nhiều OH− có khả năng trung hòa độ chua của đất gồm Calcium Oxide (CaO) như: Vôi bột, vôi nung, vôi sống; Calcium Hydroxide  (Ca(OH)2) cụ thể như: Vôi tôi, vôi chết; Calcium Carbonate(CaCO3): Đá vôi nghiền; Calcium/Magnesium Carbonate (CaCO3, MgCO3): Đá dolomite nghiền

Câu hỏi 5: pH của dung dịch nào sau đây có giá trị nhỏ nhất?

A. Dung dịch HCl 0,1 M.

B. Dung dịch CH3COOH 0,1 M.

C. Dung dịch NaCl 0,1 M.

D. Dung dịch NaOH 0,01 M.

Đáp án: A

Giải thích:

Câu hỏi 6: Đo PH của một cốc nước chanh được giá trị pH bằng 2,4. Nhận định nào sau đây không đúng?

A. Nước chanh có môi trường acid.

B. Nồng độ ion [H⁺] của nước chanh là 10-2,4 mol/L.

C. Nồng độ ion [H⁺] của nước chanh là 0,24 mol/L.

D. Nồng độ của ion [OH^-] của nước chanh nhỏ hơn 10^-7 mol/L.

Đáp án: C

Giải thích:

pH = 2,4 < 7 ⇒ Nước chanh có môi trường acid (loại A).

[H⁺] của nước chanh là 10-pH = 10^-2,4 (loại B).

[OH^-] của nước chanh là 10-11,6 < 10^-7 (loại D).

Câu hỏi 7: Nước Javel (chứa NaClO và NaCl) được dùng làm chất tẩy rửa, khử trùng. Trong dung dịch, ion ClO- nhận proton của nước để tạo thành HClO.

a) Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra và xác định chất nào là acid, chất nào là base trong phản ứng trên.

b) Dựa vào phản ứng, hãy cho biết môi trường của nước Javel là acid hay base.

Lời giải:

a) Phương trình hoá học của phản ứng xảy ra:

ClO- + H2O ⇌ HClO + OH-

Trong phản ứng trên ClO- nhận H+ từ nước nên là base; H2O là acid.

b) Dựa vào phản ứng ta thấy môi trường của nước Javel là môi trường base.

Hoạt động nghiên cứu: Làm chất chỉ thị màu từ hoa đậu biếc/ bắp cải tím

 Chuẩn bị:

- Hoa đậu biếc (khoảng 50 g) hoặc bắp cải tím thái nhỏ (khoảng 100 g).

- Cốc thuỷ tinh 250 mL, nước sôi, đũa thuỷ tinh, lưới/ vải lọc.

- Các cốc (đã được dán nhãn) đựng giấm ăn, nước C sủi, nước rửa bát, nước soda, nước muối.

- Giấy pH hoặc máy đo pH.

Tiến hành:

– Ngâm khoảng 50 g hoa đậu biếc/100 g bắp cải tím đã được chuẩn bị vào 100 mL nước sôi trong khoảng 10 phút. Lọc bằng lưới lọc hoặc vải lọc, thu được dung dịch. Dung dịch này được sử dụng làm chất chỉ thị.

– Dùng máy đo pH (hoặc giấy pH) xác định pH của các dung dịch.

- Cho vài giọt chất chỉ thị lần lượt vào các dung dịch: giấm ăn, nước C sủi, nước rửa bát, nước soda, nước muối và khuấy đều. Quan sát sự đổi màu của các dung dịch.

Hoàn thành thông tin theo mẫu bảng sau vào vở:

Lời giải:

IV. Sự thuỷ phân của các ion

Hoạt động nghiên cứu: Cho các dung dịch sau: Na2CO3, AlCl3, FeCl3.

1. Dùng giấy pH xác định giá trị pH gần đúng của các dung dịch trên.

2. Nhận xét và giải thích về môi trường của các dung dịch trên.

Lời giải:

1.

Học sinh dùng giấy pH xác định giá trị pH gần đúng của các dung dịch. Tham khảo:

V. Chuẩn độ Acid – Base

Câu hỏi 8: Nêu một số điểm cần chú ý trong quá trình chuẩn độ.

Lời giải:

Một số điểm cần lưu ý trong quá trình chuẩn độ:

- Tránh để các hoá chất như dung dịch HCl, dung dịch NaOH bắn vào tay, mắt.

- Các dụng cụ thuỷ tinh (bình tam giác, burette, pipette …) dễ vỡ, cần cẩn thận.

Câu hỏi 9: Nêu một số nguyên nhân có thể dẫn đến sai số trong quá trình chuẩn độ.

Lời giải:

Một số nguyên nhân có thể dẫn đến sai số trong quá trình chuẩn độ:

+ Sai số do phương pháp hay quy trình chuẩn độ: phản ứng hoá học không hoàn toàn, chỉ thị đổi màu khi chưa đến điểm tương đương …

+ Sai số do dụng cụ như: dụng cụ chưa được rửa sạch, dụng cụ chưa được chuẩn hoá…

+ Sai số do người làm thí nghiệm: mắt nhìn không chính xác, cẩu thả trong thực nghiệm …

+ Sai số do hoá chất không tinh khiết.