Sự điện li của nước. pH. Chất chỉ thị axit-bazơ

A. Lý thuyết:
I. Sự điện li của nước.
– Nước là chất điện rất yếu. H₂O ⇔ H⁺ + OH^–
Tích số ion của nước: ${{K}_{{{H}_{2}}O}}=[{{H}^{+}}].[O{{H}^{-}}]={{10}^{-14}}$
hay [H⁺] = [OH ^–] = 10^-7
– Môi trường trung tính: [H⁺] = [OH] = 10^-7
Môi trường axit: [H⁺] > 10^-7; [OH^–] < 10^-7
Môi trường bazơ: [H⁺] < 10^-7; [OH^–] > 10^-7

II. pH. Chất chỉ thị axít – bazơ:
1. pH:
– Khái niệm: [H⁺] = 10^-pH M hay pH= -log [H⁺] là thông số để đánh giá độ axit-bazơ của dung dịch.
– Môi trường axit: pH < 7.
Môi trường bazơ: pH > 7.
Môi trường trung tính pH = 7.
– Lưu ý: pOH = -log[OH^–]; pH+pOH=14.

2. Chất chỉ thị axít – bazơ :
– Là chất có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch

Quỳ tím	pH ≤ 6	6 < pH < 8		pH ≥ 8
	Đỏ	Tím		Xanh
Phenolphtalein	pH < 8,3		pH ≥ 8,3
	Không màu		Hồng

*Lưu ý: Trong kiềm đặc, phenolphtalein không màu

B. Bài tập:
1. Dạng 1: Bài tập lí thuyết định tính
a. Nhận biết dung dịch có tính axit, bazơ, trung tính.
VD: Cho các dung dịch: H₂SO₄, NH₃, KNO₃, KOH, H₂S, Ba(NO₃)₂, Ca(OH)2, NaCl. Số dung dịch có pH > 7 là:
A. 2 B. 3 C. 4 D. 5
Lời giải:
– H₂SO₄, H₂S: pH < 7
– NH₃, KOH, Ca(OH)₂: pH > 7
– KNO₃, Ba(NO₃)₂, NaCl: pH =7.
Vậy đáp án là C

b. So sánh pH của các dung dịch
VD: Sắp xếp các dung dịch có cùng nồng độ mol sau theo thứ tự pH tăng dần: HNO₃, NaCl, NH₃, CH₃COOH, KOH:
A. HNO₃, CH₃COOH, NH₃, NaCl, KOH B. HNO₃, NH₃, NaCl, CH₃COOH, KOH
C. HNO₃, NaCl, NH₃, CH₃COOH, KOH D. HNO₃, CH₃COOH, NaCl, NH₃, KOH
Lời giải:
HNO₃: axit mạnh. NaCl: môi trường trung tính. NH₃: bazơ yếu. CH₃COOH: axit yếu. KOH: bazơ mạnh.
Vậy đáp án đúng là D.

2. Dạng 2: Tính pH của dung dịch axit mạnh, bazơ mạnh.
VD: Hòa tan hoàn toàn 20ml dung dịch HCl 0,05M vào 20ml dung dịch H₂SO₄ 0,075M. Tính pH của dung dịch mới biết không có sự hao hụt thể tích khi pha trộn.
Lời giải:
${{n}_{HCl}}={{C}_{M}}.V=0,05.0,02=0,001mol$
${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}={{C}_{M}}.V=0,075.0,02=0,0015$
$HCl\to {{H}^{+}}+C{{l}^{-}}$
${{H}_{2}}S{{O}_{4}}\to 2{{H}^{+}}+SO_{4}^{2-}$
$\Rightarrow {{n}_{{{H}^{+}}}}={{n}_{HCl}}+2{{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=0,004mol$
$\Rightarrow [{{H}^{+}}]=\frac{0,004}{0,02+0,02}=0,1M$
Vậy pH = 1.

3. Dạng 3: Tính pH của dung dịch axit khi pha loãng.
– Dung dịch axit có pH=x₁, thể tích V₁. Thêm nước để pha loãng đến thể tích V₂, pH=x₂.
+ Độ pha loãng $\frac{{{V}_{2}}}{{{V}_{1}}}={{10}^{{{x}_{2}}-{{x}_{1}}}}$
+ Thể tích nước thêm vào là ${{V}_{2}}-{{V}_{1}}={{V}_{1}}({{10}^{{{x}_{2}}-{{x}_{1}}}}-1)$
– Dung dịch bazơ có pH=x₁, thể tích V₁. Thêm nước để pha loãng đến thể tích V₂, pH=x₂.
+ Độ pha loãng $\frac{{{V}_{2}}}{{{V}_{1}}}={{10}^{{{x}_{1}}-{{x}_{2}}}}$
+ Thể tích nước thêm vào là ${{V}_{2}}-{{V}_{1}}={{V}_{1}}({{10}^{{{x}_{1}}-{{x}_{2}}}}-1)$

VD: Thêm 450ml nước vào 50ml dung dịch Ba(OH)₂ có 0,005M thì dung dịch mới có pH là bao nhiêu?
Lời giải:
Ba(OH)₂→ Ba²⁺ + 2OH^–
Cách 1:
${{n}_{O{{H}^{-}}}}=2{{n}_{Ba{{(OH)}_{2}}}}=2{{C}_{M}}.V=2.0,005.0,05=0,0005mol$
Sau khi pha loãng $[O{{H}^{-}}]=\frac{0,0005}{0,45+0,05}=0,001M$
pOH = 3 hay pH =11.
Cách 2: Với dung dịch ban đầu [OH^–] = 2C_M = 0,01 M.
Độ pha loãng $\frac{{{V}_{2}}}{{{V}_{1}}}=\frac{450+50}{50}$ =10 lần.
Khi đó [OH^–] = 0,001 M => pH = 11.

4. Dạng 4: Tính pH của dung dịch sau phản ứng hóa học.

VD1: Trộn 100ml dung dịch H₂SO₄ 0,1M với 150ml dung dịch NaOH 0,2M. Tính pH của dung dịch tạo thành.
Lời giải:
${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}={{C}_{M}}.V=0,1.0,1=0,01mol$
${{n}_{NaOH}}={{C}_{M}}.V=0,2.0,15=0,03mol$

	H₂SO₄	+	2NaOH	→	Na₂SO₄	+	2H₂O
Ban đầu	0,01		0,03
Phản ứng	0,01		0,02		0,01		0,02
Sau pư	0		0,01		0,01		0,02

Sau phản ứng $[O{{H}^{-}}]=\frac{0,01}{0,1+0,15}=0,04M$

=> pOH ≈ 1,4 hay pH = 12,6.

VD2: Phải lấy V₁ ml dung dịch HCl có pH=4 pha với V₂ ml dung dịch KOH ở pH=10 để thu được dung dịch có pH =5. Tính tỉ lệ V₁/V₂.
Lời giải:
${{n}_{{{H}^{+}}}}={{n}_{HCl}}={{10}^{-4}}.{{V}_{1}}$
${{n}_{O{{H}^{-}}}}={{n}_{NaOH}}={{10}^{-4}}.{{V}_{2}}$
$HCl+NaOH\to NaCl+{{H}_{2}}O$
Sau phản ứng ${{n}_{{{H}^{+}}}}={{n}_{HClspu}}={{10}^{-4}}.{{V}_{1}}-{{10}^{-4}}.{{V}_{2}}$
$[O{{H}^{-}}]=\frac{{{10}^{-4}}.{{V}_{1}}-{{10}^{-4}}.{{V}_{2}}}{{{V}_{1}}-{{V}_{2}}}={{10}^{-5}}$ . Đặt $\frac{{{V}_{1}}}{{{V}_{2}}}=k$ $\Rightarrow \frac{{{10}^{-4}}k-{{10}^{-4}}}{k+1}={{10}^{-5}}$ => k = 11/9

5. Dạng 5: Nhận biết dung dịch bằng chỉ thị axit – bazơ.
VD: Chỉ dùng thêm một thuốc thử nhận biết các dung dịch mất nhãn sau: H₂SO₄, KCl, Na₂SO₄, HNO₃, Ba(OH)₂.
Lời giải:
Dùng quỳ tím:
+) Na₂SO₄, KCl: tím
+) H₂SO₄, HCl: đỏ
+) Ba(OH)₂: xanh. Dùng Ba(OH)₂ nhận biết các dung dịch còn lại.