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 : &

039;&

039; Các dạng bài tập xác định pH của các dung dịch axit,

bazơ, muối và dung dịch đệm&

039;&

039;

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.

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 H 2 O :

Kw = [H+ ].[ OH- ] = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ghi chú : Các ion trong nước đều bị sonvat hoá, tuy nhiên tác giả xin viết ở dạng đơn giản : vídụ : H+ thay cho H 3 O+ * 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, Môi trường axit : [H+ ] > [ OH- ] hay [H+ ] > 1,0. 10-7 M hay pH < 7, Môi trường bazơ : [H+ ] < [ OH- ] hay [H+ ] < 1,0. 10-7 M hay pH > 7, 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]

H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C 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:

• Nếu nồng độ axit Ca ≥ 10-6 M thì bỏ qua sự điện li của H 2 O

6. Tính pH của dung dịch đơn bazơ yếu BOH Cb [M] Hằng số Kb =

[Dạng 4]

BOH B+ + OH- Kb H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Lí luận tương tự, ta có : Nếu Kb > 10-12 >>Kw = 10-14 Có thể coi H 2 O phân li không đáng kể Nếu > 400 hay α < 0,05 có thể coi MOH phân li không đáng kể [OH- ] 2 = Kb  [OH- ] = pOH = [pKb-lgCb] Hay : pH = 14- pOH = 14 - [pKb-lgCb]

7. Tính pH của dung dịch đa axit yếu HnA Ca [M] Hằng số Ka1 ,Ka

,Ka3.....,Kan [Dạng 5]

Ví dụ : H 3 A H+ + H 2 A- Ka H 2 A - H+ + H A2- Ka HA 2- H+ + A3- Ka H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Thông thường , đối với các đa axit thì : Ka1 >>Ka2 >>Ka3 >>.....>>Kan và Ca>>Kw = 10- 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>>Kw = 10- 14

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. Tính pH của dung dịch muối trung hoà : 9.1. 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. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit mạnh và bazơ yếu Ví dụ : NH 4 Cl NH 4 + + Cl -

• Về mặt định tính : Ion Cl- không bị thủy phân Ion NH 4 + 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. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit yếu và bazơ mạnh Ví dụ : CH 3 COONa CH 3 COO-- + Na+

• Về mặt định tính : Ion Na+ không bị thủy phân Ion CH 3 COO-- 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. Tính pH của dd muối trung hoà AB nồng độ CM tạo bởi axit yếu HA Ka1 và bazơ yếu BOH Kb

• Về mặt định tính : Môi trường phụ thuộc vào hằng số Ka1 ; Kb

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- + H 2 O HA + OH- B+ + H 2 O BOH + H+ H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10- Ka1= ; Kb2= ; Kw = [H+ ].[ OH- ] = 1,0. 10-14 ở 25 0 C 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 = Kb Vậy : [H+] = hay pH = [pKa1 +pKa2] Hay : pH = 7 + pKa1- pKb Ví dụ : Muối CH 3 COONH 4 được tạo thành từ axit yếu CH 3 COOH pKa = 4,75 và bazơ yếu NH 3 pKb = 4,

Phạm vi áp dụng : Kw >> Ka2C và Ka1 1,0-7  Môi trường axit Có thể bỏ qua nồng độ [OH-] trong biểu thức trên Vậy : [H+] = Ka +Trường hợp 2:

Nếu [H+] ≈ Ka < 1,0-7  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-] pH= ở t 0 ≠ 25 0 C Kw ≠ 10-14 , môi trường trung tính : [H+]=[OH-]≠ 10-7M=> pH≠ b- Mệnh đề này sai vì CH 3 COOH 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 H 2 O => pH = 3 d- Mệnh đề này sai vì HCl là axit mạnh điện li hoàn toàn nhưng nồng độ quá nhỏ nên [H+] do H 2 O điện li là rất đáng kể Nếu lấy pH= 8 là đã bỏ qua sự điện li của H 2 O ,sai số quá mức cho phép dẫn tới vô lí dung dịch axit mà có môi trường bazơ. Định lượng câu d ] HCl H+ + Cl- H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Giải phương trình bậc hai : [H+ ] 2 - 10-8. [H+ ] - 10-14 = 0 => [H+ ] = 1,05-7 => pH = 6,

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+ + OH- H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C CKOH = [OH-] = 5-3 >> 10-7 => Bỏ qua nồng độ [OH-] do H 2 O điện li ra => [OH-] = 5-3 M => [H+ ] = 2-12 => pH = 11,

Trong dung dịch H 2 SO 4 : H 2 SO 4  H+ + HSO 4 - 0,1M 0,1M 0,1M HSO 4 - H+ + SO 4 2- Ban đầu 0,1M 0,1M 0 Phân li x x x Cân bằng 0,1- x 0,1+x x H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C K 2 .Ca = 0,1. 1,2-2 = 1,2. 10-3 >>Kw = 10-  có thể bỏ qua H+ do nước điện li

\= = 8,3333 < 400 => Không thể coi x pH = 0, [HSO 4 - ] = 9-2 M [SO 4 2- ] = 9,8-3 M Bài 4] Tính pH của dung dịch HNO 2 10 -1,7M biết Ka = 10-3, Dạng 4. Tính pH của dung dịch đơn bazơ yếu BOH Cb [M] Hằng số Kb = Bài 1] Tính pH của dung dịch NH 3 10 -2M biết Kb = 1,8-5? Bài giải : NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH- Kb = 1,8- H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ta có Kb =10-2,8. 10-5 =1,8-7 >>Kw = 10-14 Có thể coi H 2 O phân li không đáng kể = 10-2 1,8-5 ≈ 400 NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH- Kb = 1,8- Ban đầu : 0,01M 0 0 Phân li x x x Cân bằng 0,01- x x x Kb = = 1,8- = 10-2 1,8-5 ≈ 400 => Không nên xem x Giải phương trình bậc hai, ta có : x = 4,15-4 => pOH = 3,38 => pH = 10, Bài 2] Tính pH trong dung dịch pyriđin 0,015M biết Kb = 10-8,8? Bài giải : C 5 H 5 N + H 2 O C 5 H 5 NH+ + OH- Kb = 10-8, H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ta có Kb =10-2,8. 10-5 =1,8-7 >>Kw = 10-14 Có thể coi H 2 O phân li không đáng kể = ≈ 400

C 5 H 5 N + H 2 O C 5 H 5 NH+ + OH- Kb = 10-8, Ban đầu : 0,015M 0 0 Phân li x x x Cân bằng 0,015- x x x Kb = = 10-8, = > 400 => Có thể xem x x = [OH- ] = 4,88-6 => [H+ ] = 2,05-9 => pH = 8,

Hay : [OH- ] 2 = Kb  [OH- ] = = 4,88- => pH = 8,

Dạng 5****. Tính pH của dung dịch đa axit yếu H nA Ca [M] Hằng số Ka1 ,Ka2 ,Ka3.....,Kan Bài 1] Tính nồng độ ion H+, HCO 3 - ,CO 3 2- và pH trong dung dịch H 2 CO 3 0,025M. Biết H 2 CO 3 có Ka1 = 4,2-7 , Ka2 = 4,8- H 2 CO 3 H+ + HCO 3 - Ka1 = 4,2- HCO 3 - H+ + CO 3 2- Ka2 = 4,8- H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Nhận xét : Ka1 = 4,2-7 >> Ka2 = 4,8-11 và Ca>>Kw nên có thể bỏ qua [H+ ] do nấc thứ 2 của axit và H 2 O phân li Chỉ tính [H+ ] dựa vào cân bằng nấc 1 Ta có : [H+ ] = [HCO 3 - ] = = ≈ 1-4 M

 pH = 4 HCO 3 - H+ + CO 3 2- Ka2 = 4,8- Ban đầu : 1-4 M 1-4 M 0 Phản ứng : x x x Cân bằng : 1-4 - x 1-4 + x x Ka2 = = 4,8- = = 2,1-6 >> 400. Có thể coi x pH = 4 Bài 2] Tính pH của dung dịch H 3 PO 4 0,01M biết : Ka1 = 10-2,23 ; Ka2 = 10-7,21 ; Ka3 = 10-12, Bài giải: H 3 PO 4 H+ + H 2 PO 4 - Ka1 = 10-2, H 2 PO 4 - H+ + HPO 4 2- Ka2 = 10-7, HPO 4 2- H+ + PO 4 3- Ka3 = 10-12, H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ta có : Ka1 = 10-2,23 >>Ka2 = 10-7,21 >>Ka3 = 10-12, và Ca. Ka1 = 0,01-2,23 = 10-4,23 >> Kw

H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Các ion Na+ , Cl- đều là ion trung tính không bị thuỷ phân nên môi trường trung tính pH = 7 NaNO 3 Na+ + NO 3 - H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Các ion Na+ , NO 3 - đều là ion trung tính không bị thuỷ phân nên môi trường trung tính pH = 7

7.1. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit mạnh và bazơ yếu Bài 1] Câu 6- Đề thi HSG tỉnh lớp 12- Hà Tĩnh năm học 2008- Muối Fe3+ bị thuỷ phân theo phương trình phản ứng sau: Fe3+ + H 2 O Fe[OH]2+ + H+ K = 4,0- a- Tính pH của dung dịch FeCl 3 0,05M b- Tính pH mà dung dịch phải có để 95% muối Fe3+ không bị thuỷ phân Bài giải : Fe3+ + H 2 O Fe[OH]2+ + H+ K = 4,0- H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ta có : K = 0,05.4-3 = 2-4 >> Kw => Bỏ qua nồng độ H+ do H 2 O điện li a- Fe3+ + H 2 O Fe[OH]2+ + H+ K = 4,0- Ban đầu : 0,05 M 0 0 Phản ứng : x x x Cân bằng : 0,05-x x x K = = = 4,0- Vì = = 12,5 < 400 => Không thể coi x pH = 1, b- Khi 95% muối Fe3+ không bị thuỷ phân, ta có tỉ lệ : = Mặt khác : K = => K = [H+] = 4,0- => [H+] = 7,6. 10-2 => pH = 1, 7.1. Tính pH của dd muối trung hoà tạo bởi axit yếu và bazơ mạnh Bài 1] Tính pH của dung dịch Na 2 SO 3 0,01M biết Ka1= 10-1,92 ; Ka2= 10-7, Bài giải : Na 2 SO 3 Na+ + SO 3 2- 0,01 0,01 0, SO 3 2- + H 2 O HSO 3 - + OH- Kb1 = = 10-6, HSO 3 - + H 2 O H 2 SO 3 + OH- Kb2 = = 10-12, H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ta có : Kb1 >> Kb2 => Bỏ qua OH- do nấc thứ 2 phân li Kb1 =10-2. 10-6,82 =10-8,82 >>Kw = 10-14 Có thể coi H 2 O phân li không đáng kể

SO 3 2- + H 2 O HSO 3 - + OH- Kb1 = = 10-6, Ban đầu : 0,01M 0 0 Phân li x x x Cân bằng 0,01- x x x Kb = = 10-6, = >> 400 => Có thể xem x x = 10-4,41 => pOH = 4,41 => pH = 9,

7.1. 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 CH 3 COONH 4 0,4M Biết Ka CH 3 COOH = 1,8-5 ; KbNH 3 = 1,6- Bài giải : CH 3 COONH 4 CH 3 COO- + NH 4 + 0,4 M 0,4M 0,4M

CH 3 COO- + H 2 O CH 3 COOH + OH- Kb = = 10-9, NH 4 + + H 2 O NH 3 + H+ Ka = = 10-9, H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ta có các cặp axit bazơ liên hợp sau : NH 4 + / NH 3 [1] và CH 3 COOH / CH 3 COO- [2] Với Ca1 = Cb1 = 0,4M Tiến hành các phép thử : Ka[1]. Ca[1] = 10-9,2. 0,4 = 2,5-10 >10-12 >> Kw Kb[2]. Cb[2] = 10-9,25. 0,4 = 2,224-10 >10-12 >> Kw = = 0,64 9 >> 400 = = 7,2 8 >> 400 Suy ra : [H+ ] = = = 1,06- => pH = 6, Bài 2] Tính pH của dung dịch CH 3 COONH 2 [CH 3 ] 2 0,4M và dung dịch NH 4 NO 2 0,01M Biết Kb NH 3 = 1,6-5 ; Kb NO 2 - = 2-11 ; Ka CH 3 COOH = 1,8-5 ; Kb [CH 3 ] 2 NH= 5,9- Bài giải : Lập luận như trên , tính gần đúng : -Dung dịch CH 3 COONH 2 [CH 3 ] 2 0,4M [H+ ] = = 1,75-8 => pH = 7,

-Dung dịch NH 4 NO 2 0,01M [H+ ] = = 5,59-

Định lượng kiểm tra lại trật tự trên : Một cách gần đúng ta có : pH = 1/2 pK 1 + pK 2 Vậy các giá trị pH lần lượt là : NaHSO 3 = 4 < NaHCO 3 = 9 < NaHS = 10 Bài 2] So sánh pH của các dung dịch 0,1M của các chất sau : NaHSO 3 Biết H 2 SO 3 K 1 = 10-2 K 2 = 10- NaHC 2 O 4 Biết H 2 C 2 O 4 K 1 = 10-1,25 K 2 = 10-4, Na 2 HPO 4 Biết H 3 PO 4 Ka1 = 10-2,23 ; Ka2 = 10-7,21 ; Ka3 = 10-12,

Bài giải : Dựa vào công thức tính gần đúng như : pH = [pKa1 + pKa2] Ta có : NaHSO 3 pH = [2+6] = 4 NaHC 2 O 4 pH = [1,25+ 4,27] = 2, Na 2 HPO 4 pH = [7,21+ 12,32] = 9, Vậy pH : NaHC 2 O 4 < NaHSO 3 < Na 2 HPO 4

Dạng 8. Tính pH của dung dịch đệm: Bài 1] Dung dịch A gồm CH 3 COOH 0,1M và CH 3 COONa 0,1M a-Tính pH của dung dịch A? Biết Ka = 1,8- 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 : NaCH 3 COO Na+ + CH 3 COO- CH 3 COOH H+ + CH 3 COO- Ka = 1,8- H 2 O H+ + OH- Kw = 1,0. 10-14 ở 25 0 C Ta có : KaCa >> Kw => Bỏ qua điện li H 2 O CH 3 COOH H+ + CH 3 COO- Ka = 1,8- Ban đầu 0,1M 0 0,1M Phân li x x x Cân bằng 0,1- x x 0,1+ x Ka = = 1,8-

\= >> 400 => Có thể coi x x = [H+] = 10-4,76 => pH = 4, b- Phản ứng xẩy ra : NaCH 3 COO + HCl NaCl + CH 3 COOH 0,1 0,001 0, Dư 0,1-0,

Thành phần giới hạn : CH 3 COOH 0,1 + 0,001 = 0,101M NaCH 3 COO 0,1-0,001 = 0,099M Cân bằng : NaCH 3 COO Na+ + CH 3 COO- 0,099 0, CH 3 COOH H+ + CH 3 COO- Ka = 1,8- Ban đầu 0,101M 0 0,099M Phân li x x x Cân bằng 0,101- x x 0,099+ x Ka = = 1,8- Giả sử : x