2. Chất chỉ thị axit – bazơ

- Là chất có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch.

- Dựa vào sự chuyển màu của giấy quỳ và dung dịch phenolphtalein xác định được môi trường của dung dịch, dựa vào màu của giấy chỉ thị vạn năng có thể xác định được gần đúng giá tri pH của dung dịch.

Ta có: Nếu [H⁺] = 1,0.10^–a M  thì  pH = a.  

=>   pH =  -lg [H⁺]

Ví dụ :   [H⁺] = 10^-3M    pH = 3 : Môi trường axit.

pH + pOH = 14 

Sơ đồ tư duy: Sự điện li của nước. pH. Chất chỉ thị Axit - bazơ

Phương pháp giải một số dạng bài tập về sự điện li của nước, pH

Dạng 1: Lý thuyết về sự điện li của nước và pH

* Một số lưu ý cần nhớ:

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho các muối sau đây :  NaNO₃ ; K₂CO₃ ; CuSO₄ ; FeCl₃ ; AlCl₃ ; KCl. Các dung dịch có pH = 7 là :

A. NaNO₃ ; KCl. 

B. K₂CO₃ ; CuSO₄ ; KCl.     

C. CuSO₄ ; FeCl₃ ; AlCl₃. 

D. NaNO₃ ; K₂CO₃ ; CuSO₄.

Hướng dẫn giải chi tiết:

- Dung dịch có môi trường trung tính sẽ có p H = 7

Mặt khác muối có môi trường trung tính là muối của KL mạnh và gốc axit mạnh

Đáp án A

Ví dụ 2: Trong số các dung dịch : Na₂CO₃, KCl, CH₃COONa, NH₄Cl, NaHSO₄, C₆H₅ONa, những dung dịch có pH > 7 là :

A. Na₂CO₃, NH₄Cl, KCl.

B. Na₂CO₃, C₆H₅ONa, CH₃COONa.

C. NH₄Cl, CH₃COONa, NaHSO₄.

D. KCl, C₆H₅ONa, CH₃COONa.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Dung dịch có p H lớn hơn 7 là dung dịch khi thủy phân trong nước cho môi trường bazo

Mặt khác muối có môi trường bazo là muối của KL mạnh và gốc axit yếu.

A loại do KCl có môi trường trung tính

C loại do NaHSO₄ có môi trường axit

D loại do KCl có môi trường trung tính.

Đáp án B.

Ví dụ 3: Cho phản ứng :  

2NO₂  +  2NaOH → NaNO₂  +  NaNO₃  +  H₂O

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

A. pH = 7.              B. pH > 7.

C. pH = 0.              D. pH < 7.

Hướng dẫn giải chi tiết:

n NO₂ = n NaOH

=> 2 chất trên phản ứng vừa đủ

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

=> Sau phản ứng dung dịch thu được có môi trường bazo => pH > 7

Đáp án B.

Dạng 2: Xác định pH của axit, bazo mạnh

* Một số lưu ý cần nhớ:

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: 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 giải chi tiết:

m HCl = 10 . 7,3% = 0,73 gam

=> n HCl = 0,73 : 36,5 = 0,02 mol

m H₂SO₄ = 20 . 4,9% = 0,98 gam

=> 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)

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

=> [H+] = 0,04 : 0,1 = 0,4M

=> p H = -log[H+] = 0,4

Ví dụ 2: 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 giải chi tiết:

n H₂SO₄ = 0,4 . 0,2 = 0,08 (mol)

n H₂ = 1,568 : 22,4 = 0,07 (mol)

Ta có phương trình hóa học:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂ (1)

(1) => n H₂SO₄ phản ứng = 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+] = 0,02 : 0,2 = 0,1

=> pH = 1

Dạng 3: Xác định pH của axit , bazo yếu

* Một số lưu ý cần nhớ:

Một số ví dụ điển hình:

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

A. 1,4.                B. 1,1.

C. 1,68.               D. 1,88.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Phương trình điện li :

 HCOOH  $\rightleftharpoons$HCOO^-+  H⁺ (1); $K_a=\frac{\left[H^{+}\right]\left[HCO{O}^{-}\right]}{\left[HC\text{OO}H\right]}$

bđ:          1

p.li         a.1                a.1         a.1

cb:         1– a           a           a

      Tại thời điểm cân bằng ta có :

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

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

      Theo (1) [H⁺] = a = 0,0132MpH = -lg[H⁺] = 1,88.

Đáp án D.

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

A. 7,56.10^-6 M.

B. 1,32.10^-9 M.

C. 6,57.10^-6 M.

D. 2,31.10^-9 M.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Phương trình điện li :

            CH₃COONa  →   CH₃COO^-   +   Na⁺

C_M :            0,1         →          0,1    

Phương trình phản ứng thủy phân :

     CH₃COO^-+H₂O $\rightleftharpoons$CH₃COOH+ OH^-

C_M : a.0,1                  →                     a . 0,1       

Ta có: $K_b=\frac{\left[C{H}_{3}COOH\right]\left[O{H}^{-}\right]}{\left[C{H}_{3}C\text{O}{\text{O}}^{-}\right]}$             

Sử dụng công thức $K_b={\alpha }^2{C}_o$ ta có :

$\alpha =\sqrt{\frac{5,{71.10}^{-10}}{0,1}}=7,{556.10}^{-5}\Rightarrow \left[O{H}^{-}\right]=\alpha C_o=7,{556.10}^{-6}$

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

Dạng 4: Bài toán pha loãng dung dịch axit, bazo.

* Một số lưu ý cần nhớ

* Một số ví dụ điển hình:

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

Hướng dẫn giải chi tiết:

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} = ${\displaystyle \frac{V}{V+0,09}}$ = 0,1M

=> V = 0,01 lít = 10 ml

Ví dụ 2: Dung dịch HCl có pH=3. Hỏi phải pha loãng dung dịch HCl đó bằng nước bao nhiêu lần để được dung dịch HCl có pH = 4. Giải thích?

Hướng dẫn giải chi tiết:

Giả sử dung dịch HCl ban đầu có thể tích V₁ có pH = 3 => [H+] = 10^-3

Số mol H⁺ ban đầu là :V₁.10^-3 mol (1)

Gỉa sử thể tích H₂O cần thêm vào là V₂

Số mol H⁺ trong dung dịch pH= 4 là (V₁ + V₂ ).10^-4 (2)

Việc pha loãng dung dịch chỉ làm thay đổi nồng độ mol/l chứ không làm thay đổi số mol H+.

Vì vậy :  (V₁ + V₂ ).10^-4 = V₁.10^-3 

=> 9 V₁ = V₂

Vậy phải pha loãng dung dịch gấp 10 lần (nước thêm vào gấp 9 lần thể tích ban đầu)