Hotline 0939 629 809

Bài tập về sự điện li của nước, PH và cách giải - Hóa 11 chuyên đề

07:27:5427/09/2020

Như các em đã biết nước là chất điện li rất yếu, và dựa vào độ PH của [H⁺] và [OH^-] người ta biết được đó là môi trường axit, môi trường kiềm hay môi trường trung tính.

Bài viết này chúng ta cùng ôn lại một số nội dung về sự điện li của nước, ph và cách giải các dạng bài tập cơ bản vận dụng kiến thức này.

° Dạng 1: Sự điện li của nước và PH

* Phương pháp giải: Vận dụng kiến thức sau

- Nước là chất điện li rất yếu : H₂O $⇌$ H⁺ + OH^-

- Tích số ion của nước: = [H⁺][OH^-] =10^-14M (đo ở 25^oC)

• Môi trường axit:

[H⁺] > [OH^–] hay [H⁺] > 1,0.10^–7M ⇒ pH < 7

• Môi trường kiềm:

[H⁺] < [OH^–] hay [H⁺] < 1,0.10^–7M ⇒ pH > 7

• Môi trường trung tính :

[H⁺] = [OH^–] = 1,0.10^–7M ⇒ pH = 7

* Ví dụ 1: Một dung dịch có [OH^- ]= 1,5.10^-5. Môi trường của dung dịch này là:

A. Axit ; B. Trung tính ; C. Kiềm; D. Không xác định được

* Hướng dẫn và đáp án:

- Đáp án: C. Kiềm

- Bài ra: [OH^-]= 1,5.10^-5 (M) mà [H⁺][OH^-] =10^-14(M) nên ta có:

$[H^+]=\frac{10^{-14}}{1,5.10^{-5}}=6,7.10^{-10}(M)<10^{-7}(M)$

⇒ Môi trường có tính chất kiềm

* Ví dụ 2: Cho các muối sau: NaNO₃ ; K₂CO₃ ; CuSO₄ ; FeCl₃ ; AlCl₃ ; KCl. Các dung dịch nào có pH = 7:

A. NaNO₃; KCl.

B. K₂CO₃ ; CuSO₄ ; KCl.

C. CuSO₄ ; FeCl₃ ; AlCl₃.

D. NaNO₃ ; K₂CO₃ ; CuSO₄.

* Hướng dẫn và đáp án:

- Dung dịch có môi trường trung tính sẽ có pH = 7. Mặt khác, muối có môi trường trung tính là muối của kim loại mạnh và gốc axit mạnh.

⇒ Đáp án là: A. NaNO₃; KCl.

* Ví dụ 3: Cho phản ứng :

2NO₂ + 2NaOH → NaNO₂+ NaNO₃+ H₂O

Hấp thụ hết a mol NO₂ vào dung dịch chứa a mol NaOH thì dung dịch thu được có giá trị

A. pH = 7. B. pH > 7. C. pH = 0. D. pH < 7.

* Hướng dẫn và đáp án:

- Theo PTPƯ và theo bài ra, ta thấy n_NO2 = n_NaOH nên 2 chất phản ứng hết.

- Mặt khác, sau phản ứng sinh ra NaNO₃ có môi trường trung tính và NaNO₂ có môi trường bazo (do là muối của kim loại mạnh và axit yếu).

→ Nên sau phản ứng dung dịch thu được có môi trường bazo ⇒ Đáp án là B. pH > 7.

° Dạng 2: Tính độ pH của axit và bazơ mạnh

* Phương pháp giải:

- Tính số mol H⁺, OH^- có trong dung dịch

- Nồng độ H⁺ và OH^- có trong dung dịch

→ Từ đó suy ra độ pH và kết luận

* Ví dụ 1: Tính nồng độ H⁺, OH^- và pH của dung dịch HCl 0,10M và dung dịch NaOH 0,010M?

* Hướng dẫn và đáp án:

+ Với dung dich HCl 0,1M:

HCl → H⁺ + Cl^-

0,1 0,1 0,1(M)

⇒ [H⁺] = 0,1M = 10^-1M ⇒ pH=1.

+ Với dung dich NaOH 0,01M:

NaOH → Na⁺ + OH^-

0,01 0,01 0,01(M)

⇒ [OH^-] = 0,01M = 10^-2M. Mặt khác có, [H⁺][OH^-] =10^-14M

$\Rightarrow [H^+]=\frac{10^{-14}}{[OH^-]}=\frac{10^{-14}}{10^{-2}}=10^{-12}M\Rightarrow pH=12$

* Ví dụ 2: Trộn 10g dung dịch HCl 7,3% với 20g dung dịch H₂SO₄ 4,9% rồi thêm nước để được 100ml dung dịch A. Tính pH của dung dịch A.

* Hướng dẫn và đáp án:

- Theo bài ra, ta có:

Từ công thức: C% = (m_ct/m_dd).100% ⇒ m_HCl = 10.7,3% = 0,73(g)

⇒ n_HCl = 0,73/36,5 = 0,02 (mol)

Tương tự: m_H2SO4 = 20.4,9% = 0,98 (g)

⇒ n_H2SO4 = 0,98/98 = 0,01 (mol).

- Ta có phương trình điện li như sau:

HCl → H⁺ + Cl^-

0,02 0,02

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

0,01 0,02

⇒ n_H⁺ = 0,02 + 0,02 = 0,04 (mol)

- Lại có, V dung dịch sau khi pha trộn là 100ml = 0,1 lít

⇒ C_M[H⁺] = n/V = 0,04/0,1 = 0,4(M)

⇒ pH = 0,4.

* Ví dụ 2: Hoà tan 3,66 gam hỗn hợp Na, Ba vào nước dư thu được 800ml dung dịch A và 0,896 lít H₂ (đktc). Tính pH của dung dịch A.

* Hướng dẫn và đáp án:

- Theo bài ra, n_H2 = 0,896/22,4 = 0,04(mol)

- Gọi số mol của Na và Ba lần lượt là x, y mol.

Ta có: 23x + 137y = 3,66 (1)

- Các phương trình phản ứng:

Na + H₂O → NaOH + 1/2H₂

x → x x/2 mol

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂

y → y → y mol

- Từ PTPƯ và bài ra: n_H2 = x/2 + y = 0,04 (2)

- Giải hệ từ (1), (2) ta có: x = 0,04 và y = 0,02

- Phương trình điện ly:

NaOH → Na⁺ + OH^-

0,04 0,04 mol

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

0,02 0,04 mol

- Từ PT điện li tổng số mol OH^- là: ∑n_OH^- = 0,04 + 0,04 = 0,08(mol)

⇒ C_M(OH^-) = n/V = 0,08/0,8 = 0,1(M)⇒ pOH = 1 ⇒ pH = 13

* Ví dụ 3: Hòa tan 4,9 mg H₂SO₄ vào nước thu dược 1 lít dd. pH của dd thu được là bao nhiêu?

* Hướng dẫn và đáp án:

- Bài cho: m = 4,9mg = 4,9.10^-3(g) =49.10^-4(g)

- Theo bài ra, ta có: n_H2SO4 = 49.10^-4/98 = 0,5.10^-4 mol

⇒ C_M(H2SO4) = 5.10^-5/1 = 5.10^-5(M).

- Phương trình điện li:

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

0,5.10^-4 2.0,5.10^-4(mol)

⇒ C_M_(H⁺) = 10^-4/1 = 10^-4 ⇒ [H⁺] = 10^-4 M

⇒ pH = -log[H⁺] = -log(10^-4) = 4

* Ví dụ 4: Cho 15 ml dung dịch HNO₃ có pH = 2 trung hòa hết 10 ml dung dịch Ba(OH)₂ có pH = a. Tính giá trị của a?

* Hướng dẫn và đáp án:

- Bài cho V_{dd HNO3} = 15ml = 15.10^-3(l). pH=2;

V_{dd Ba(OH)2} = 10ml = 10.10^-3(l); pH = a; a=?

- Theo bài ra, ta có: pH = 2 ⇒ [H⁺] = 10^-2 (M)

- Phương trình điện li: HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

⇒ C_M(HNO3) = [H⁺] = 10^-2M

⇒ n_HNO3 = C_M.V = 15.10^-3.10.10^-3 = 15.10^-5 (mol)

- PTPƯ trung hòa HNO₃ và Ba(OH)₂:

H⁺ + OH^- → H₂O

⇒ n_OH^- = n_H⁺ = 15.10^-5 = 15.10^-5(mol)

⇒ C_M(OH^-) = n_OH^-/Vdd_Ba(OH)2 = 1,5.10^-4/10^-2 = 1,5.10^-2M

⇒ pOH =-log[OH^-] = 1,82 ⇒ pH = 14 - pOH = 14 - 1,82 = 12,18

→ Vậy a = 12,18.

* Ví dụ 5: Hoà tan m gam Zn vào 200 ml dung dịch H₂SO₄ 0,4M thu được 1,568 lít khí hiđro và dung dịch X. Tính pH của dung dịch X?

* Hướng dẫn và đáp án:

- Theo bài ra, ta có: n_H2SO4=C_M.V = 0,4.0,2 = 0,08 (mol)

n_H2= V/22,4 = 1,568/22,4 = 0,07 (mol)

- Ta có phương trình hóa học:

Zn + H₂SO₄→ ZnSO₄+ H₂↑ (1)

- Từ PTPƯ (1) ⇒ n_H2SO4 pứ = n_H2 = 0,07(mol).

⇒ n H₂SO₄ dư = 0,08 – 0,07 = 0,01 mol

- Ta có phương trình điện li:

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

0,01 0,02

⇒ [H⁺] = n/V = 0,02/0,2 = 0,1M ⇒ pH = -log[H⁺] = -log[10^-1] = 1.

° Dạng 3: Xác định pH của axit và bazơ yếu

* Phương pháp giải:

+ Viết phương trình điện li

- Dựa vào dữ kiện đề bài áp dụng công thức tính độ điện li và hằng số điện li axit, bazo Ka, Kb

- Công thức tính độ điện li:

$\small \alpha =\frac{C}{C_0};$ trong đó: C nồng độ chất điện li; C₀ nồng độ chất tan

+ Ta có phương trình điện li của axit;

HA $⇌$ A^- + H⁺

$\small K_a=\frac{[H^+][A^-]}{[HA]};$ K_a chỉ phụ thuộc vào bản chất của axit và nhiệt độ

+ Ta có phương trình điện li của bazo:

BOH $⇌$ B⁺ + OH^-

$\small K_b=\frac{[B^+][OH^-]}{[BOH]};$ K_b chỉ phụ thuộc vào bản chất của axit và nhiệt độ

- Ngoài ra, ta có thể áp dụng được công thức tính nhanh như sau: $\small \alpha =\sqrt{\frac{K_{a/b}}{C_0}}$

* Ví dụ 1: Giá trị pH của dung dịch axit fomic 1M (K_a= 1,77.10^-⁴) là bao nhiêu?

* Hướng dẫn và đáp án:

- Phương trình điện li:

HCOOH ⇌ COO^- + H⁺ (1)

$\small K_a=\frac{[H^+][HCOO^-]}{[HCOOH]}$

- Ban đầu: 1M

- Điện li:

a.1 ..........a.1_........a.1

- Sau điện li:

1– a........... a _.......... a

- Tại thời điểm cân bằng ta có :

$\small K_a=\frac{[H^+][A^-]}{[HA]}=\frac{\alpha ^2}{1-\alpha }=1,77.10^{-4},\: (2)$

$\small \Rightarrow \alpha ^2=1,77.10^{-4}\alpha -1,77.10^{-4}=0\Rightarrow \alpha =0,0132$

- Theo (1) thì [H⁺] = a = 0,0132M ⇒ pH = -lg[H⁺] = 1,88.

* Ví dụ 2: Dung dịch CH₃COONa 0,1M (K_b= 5,71.10^-¹⁰) có [H⁺] là bao nhiêu?

* Hướng dẫn và đáp án:

- Phương trình điện li:

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺

C_M : 0,1 → 0,1

- Phương trình phản ứng thủy phân:

CH₃COO^-+ H₂O $⇌$ CH₃COOH + OH^-

C_M : a.0,1→ a.0,1

- Ta có: $\small K_b=\frac{[CH_3COOH][OH^-]}{[CH_3COO^-]}$

- Sử dụng công thức $\small K_{b}^{2}=\alpha ^2C_0$ ta có:

$\small \alpha =\sqrt{\frac{5,71.10^{-10}}{0,1}}=7,556.10^{-5}$ $\small \Rightarrow [OH^-]=\alpha C_0=7,556.10^{-6}$

$\small \Rightarrow [H^+]=\frac{10^{-14}}{7,556.10^{-6}}=1,32.10^{-9}M$

* Ví dụ 3: Dung dịch A chứa NH₃ 0,1M và NaOH 0,1M. Tính pH của dung dịch biết K_b của NH₃ = 1,75.10^-5.

* Hướng dẫn và đáp án:

- Ta có phương trình điện li:

NaOH → Na⁺ + OH^-

0,1 0,1

NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH^-

- Ban đầu NH₃ là 0,1M và OH^-là 0,1M

- Điện ly:

x x x

- Sau điện ly:

0,1- x x x+0,1

$\small K_b=\frac{[NH_{4}^{+}][OH^-]}{[NH_3]}=\frac{x.(0,1+x)}{0,1-x}=1,75.10^{-5}$

$\small \Rightarrow x=1,75.10^-3\Rightarrow pOH=4,76\Rightarrow pH=9,24$

* Ví dụ 4: Hoà tan 1,07g NH₄Cl vào nước được 2 lít dung dịch X.

a) Tính pH của dung dịch X biết hằng số phân li bazơ của NH₃ là 1,8.10^-5.

b) Nếu thêm vào dung dịch X 100 ml dd HCl 0,01M được dd Y. Tính pH của dd Y?

* Hướng dẫn và đáp án:

a) Ta có: n_NH4Cl= m/M = 1,07/53,5 = 0,02

⇒ C_M(NH4Cl) = n/V = 0,02/2 = 0,01M

- Phương trình điện li:

NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^-

0,01 0,01

NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺

-Ban đầu: 0,01

- Điện ly:

x …………………....x………..x

- Sau điện ly:

0,01-x………..……x………. x

K_b = x²/(0,01-x) = 1,8.10^-5

⇒ x = 4,24.10^-4 ⇒ pH = 3,37

b) Phương trình điện ly:

HCl → H⁺ + Cl^-

0,001 0,001

NH₄⁺ + H₂O ⇌ NH₃ + H₃O⁺

- Ban đầu:

0,01……………………….0,001

- Điện ly:

x…………………....x……...…x

- Sau điện ly:

0,01-x…………… x………x+0,001

K_b = x(x+0,001)/(0,01-x) = 1,8.10^-5

⇒ x = 3,69.10^-4 ⇒ pH = 3,43.

° Dạng 4: Bài toán pha loãng các chất điện li để được pH định trước.

* Phương pháp giải:

+ Tính số mol axit, bazo

Viết phương trình điện li

- Tính tổng số mol H⁺, OH^-

- Viết phương trình phản ứng trung hòa

- Xác định môi trường của dung dịch dựa vào pH ⇒ Xem xét mol axit hay bazơ dư ⇒ tìm các giá trị mà bài toán yêu cầu.

> Chú ý: V_{dd sau khi trộn} = V_axit + V_bazo

* Ví dụ 1: Trộn 3 dung dịch H₂SO₄ 0,1M ; HNO₃ 0,2M ; HCl 0,3M với thể tích bằng nhau thu được dung dịch A. Lấy 300 ml dung dịch A tác dụng với dung dịch B gồm NaOH 0,2M và Ba(OH)₂ 0,1M. Tính thể tích dung dịch B cần dùng để sau khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch có pH = 1. Coi Ba(OH)₂ và H₂SO₄ phân li hoàn toàn ở 2 nấc.

* Hướng dẫn và đáp án:

- Sau khi trộn 3 dung dịch axit có thể tích bằng nhau ta thu được nồng độ mới của 3 axit là: C_M(HCl) = 0,1 M; C_M(HNO3) = 0,2/3; C_M(H2SO4) = 0,1/3. Trong 300 ml dung dịch A: n_HCl = 0,03 mol; n_H2SO4 = 0,01 mol; n_HNO3 = 0,02 mol

- Phương trình điện ly:

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

0,01 0,02

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

0,02 0,02

HCl → H⁺ + Cl^-

0,03 0,03

- Tổng mol H⁺ là n_H⁺ = 0,07 mol

- Gọi x là thể tích của dung dịch B cần dung.

n_NaOH = 0,2x; n_Ba(OH)2 = 0,1x

- Phương trình điện ly:

NaOH → Na⁺ + OH^-

0,2x 0,2x

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

0,1x 0,2x

- Tổng số mol OH^- là: n_OH^- = 0,4x

- Ta có: H⁺ + OH^- → H₂O (Sau phản ứng pH =1 ⇒ dư axit)

- Ban đầu: 0,07 0,4x

- PƯ: 0,4x 0,4x

- Sau pư: 0,07-0,4x 0

(0,07-0,4x)/(x+0,3) = 0,1 ⇒ x= 0,08 lít

* Ví dụ 2: Phải thêm bao nhiêu ml dung dịch HCl 1M vào 90 ml nước để được dung dịch có pH = 1?

* Hướng dẫn và đáp án:

- Ta có: pH = 1 ⇒ [H⁺] = 0,1M

- Đặt thể tích dung dịch HCl 1M cần thêm vào là V (lít)

⇒ n_HCl= V mol

- Sau khi trộn với 90 ml H₂O:

[H⁺] = C_{M(HCl sau trộn)} = V/(V + 0,09) = 0,1M. ⇒ V = 0,01(l) = 10(ml).

* Ví dụ 3: Cho 100 ml dd hh gồm Ba(OH)₂ 0,1M và NaOH 0,1M với V ml dd hh gồm H₂SO₄ 0,0375M và HCl 0,0125M thu được dd có pH = 2 . Giá trị V là:

* Hướng dẫn và đáp án:

- Ta có: n_OH- = 0,03 mol; n_H+ = 0,0875 V

- Dung dịch sau khi trộn pH = 2 → môi trường axit .

(0,0875V-0,03)/(0,1+V) = 10^-2 ⇒ V = 0,4(l).

* Ví dụ 4: Trộn 300 ml dd hh gồm H₂SO₄ 0,1M và HCl 0,15M với V ml dd hh gồm NaOH 0,3M và Ba(OH)₂ 0,1M, thu được dd X có pH = 12. Giá trị của V là:

* Hướng dẫn và đáp án:

- Ta có: n_OH- = 0,5.V mol; n_H+ = 0,0645 V

- Dung dịch sau khi trộn pH = 12 → môi trường bazo.

(0,5V - 0,0645)/(0,3+V) = 10^-2 ⇒ V = 0,15(l).

Như vậy với các nội dung vận dụng Bài tập về sự điện li của nước, PH có hướng dẫn và đáp án ở trên, hy vọng các em đã hiểu rõ hơn và có thể ghi nhớ để giải các dạng bài tập sau này. Mọi góp ý và thắc mắc các em hãy để lại nhận xét dưới bài viết để $\small hayhochoi.vn$ ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tốt.