Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước

 - pH là một đại lượng liên hệ trực tiếp với nồng độ \(\mathrm{H}^{+}\) để đánh giá tính acid, base của một dung dịch đã cho, với quy ước như sau:

\(\mathrm{pH}=-\log \left[\mathrm{H}^{+}\right]\) hoặc \(\left[\mathrm{H}^{+}\right]=10^{-\mathrm{pH}}\)

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.

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

b) Đèn sáng cho thấy dung dịch NaCl dẫn điện, chứng tỏ dung dịch có hạt mang điện. Đó có thể là cation và anion.

c) Giải thích:

NaCl là hợp chất ion, trong tinh thể có các ion \(\mathrm{Na}^{+}\) và \(\mathrm{Cl}^{-}\) liên kết với nhau bằng lực hút tĩnh điện. Nước là một dung môi phân cực. Khi cho tinh thể NaCl vào nước, các ion \(\mathrm{Na}^{+}\) và \(\mathrm{Cl}^{-}\)trên bề mặt hút các phân tử nước lại gần. Các phân tử nước hướng các đầu âm vào ion \(\mathrm{Na}^{+}\), các đầu dương vào ion \(\mathrm{Cl}^{-}\) và làm yếu liên kết giữa các cation, anion trong tinh thể và khuếch tán vào nước.

Hai dung dịch HCl và \(\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}\) có cùng nồng độ là 0,1 M. Trường hợp cốc đựng dung dịch HCl 0,1 M bóng đèn sáng hơn Þ số hạt mang điện trong dung dịch HCl nhiều hơn số hạt mang điện trong dung dịch \(\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}\) 0,1 M.

Vậy acid HCl phân li mạnh hơn.

Phương trình điện li:

HF ⇌ \(\mathrm{H}^{+}\) + \(\mathrm{F}^{-}\)

HI → \(\mathrm{H}^{+}\)+ \(\mathrm{I}^{-}\)

\(\mathrm{Ba}\mathrm{OH}_2\) → \(\mathrm{Ba}^{2+}\)+ 2\(\mathrm{OH}^{-}\)

\(\mathrm{KN}\mathrm{O}_3\) → \(\mathrm{K}^{+}\) + \(\mathrm{NO}_3^{-}\)

\(\mathrm{Na}_2\mathrm{SO}_4\) → 2\(\mathrm{Na}^{+}\) + \(\mathrm{SO}_4^{2-}\)

a) Phương trình điện li của các chất:

HCl → \(\mathrm{H}^{+}\) + \(\mathrm{Cl}^{-}\)

NaOH → \(\mathrm{Na}^{+}\) + \(\mathrm{OH}^{-}\)

\(\mathrm{Na}_2\mathrm{CO}_3\) → \(2\mathrm{Na}^{+}\) + \(\mathrm{CO_3}^{2-}\) 

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 \(\mathrm{H}^{+}\).

- 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 \(\mathrm{OH}^{-}\)

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

Thuyết Bronsted – Lowry cho rằng acid là chất cho proton (\(\mathrm{H}^{+}\)) và base là chất nhận proton.

a) \(\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}\) + \(\mathrm{H}_2\mathrm{O}\) ⇌ \(\mathrm{CH}_3\mathrm{COO}^{-}\) +  \(\mathrm{H}_3\mathrm{O}^{+}\)

Trong phản ứng trên: \(\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}\) cho \(\mathrm{H}^{+}\), \(\mathrm{CH}_3\mathrm{COOH}\) là acid; \(\mathrm{H}_2\mathrm{O}\) nhận \(\mathrm{H}^{+}\), \(\mathrm{H}_2\mathrm{O}\) là base.

b) \(\mathrm{S_2}^{-}  +   \mathrm{H}_2\mathrm{O}   ⇌   \mathrm{HS}^{-}   +   \mathrm{OH}^{-}\)

Trong phản ứng trên: \(\mathrm{H}_2\mathrm{O}\) cho \(\mathrm{H}^{+}\), \(\mathrm{H}_2\mathrm{O}\) là acid; \(\mathrm{S_2}^{-}\) nhận \(\mathrm{H}^{+}\), \(\mathrm{S_2}^{-}\)là base.

a)Ta có: \(\mathrm{[H]}^{+}\).\(\mathrm{[OH]}^{-}\) = \(10^{-14}\)

Ta có: pH = -log[\(\mathrm{H}^{+}\)] = 8,83.

b) pH > 7 nên môi trường của loại dầu gội trên là base.

a) Giá trị pH là 4,52 < 7 nên môi trường của dung dịch là acid.

b) Biện pháp để giảm độ chua, tăng độ pH của đất:

+ Xây dựng hệ thống tưới, tiêu nước để rửa chua cho đất.

+ Sử dụng vôi bột, tro bếp … bón cho đất.

+ Bón phân hữu cơ, phân chuồng ủ hoai mục … cho đất (cách này giúp giảm pH của đất một cách từ từ, nếu muốn giảm pH của đất một cách nhanh chóng thì cách này không phù hợp).

Đáp án đúng là: A

Đáp án đúng là: C

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

[\(\mathrm{H}^{+}\)] của nước chanh là \(10^{-pH}\)= \(10^{-24}\) (loại B).

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

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

\(\mathrm{ClO}^{-}\) + \(\mathrm{H_2O}\) ⇌ \(\mathrm{HClO}\) + \(\mathrm{OH}^{-}\)

Trong phản ứng trên \(\mathrm{ClO}^{-}\) nhận \(\mathrm{H}^{+}\)từ nước nên là base; \(\mathrm{H_2O}\) là acid.

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

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

2. Giải thích:

- Trong dung dịch \(\mathrm{Na}_2\mathrm{CO}_3\), ion Na+ không bị thuỷ phân, còn ion thuỷ phân trong nước tạo ra ion \(\mathrm{OH}^{-}\) theo phương trình:

Vậy dung dịch \(\mathrm{Na}_2\mathrm{CO}_3\) có môi trường base.

- Trong dung dịch \(\mathrm{Al}\mathrm{Cl}_3\) và \(\mathrm{Fe}\mathrm{Cl}_3\), ion \(\mathrm{Cl}^{-}\) không bị thuỷ phân, các ion \(\mathrm{Al}^{3+}\) và \(\mathrm{Fe}^{3+}\) bị thuỷ phân trong nước tạo ra ion \(\mathrm{H}^{+}\) theo phương trình ở dạng đơn giản như sau:

\(\mathrm{Al}^{3+}\)+ \(\mathrm{H_2O}\) ⇌ \(\mathrm{Al(OH)}^{2+}\) + \(\mathrm{H}^{+}\)

\(\mathrm{Fe}^{3+}\) + \(\mathrm{H_2O}\) ⇌ \(\mathrm{Fe(OH)}^{2+}\)+  \(\mathrm{H}^{+}\)

Vậy các dung dịch \(\mathrm{Al}\mathrm{Cl}_3\) và \(\mathrm{Fe}\mathrm{Cl}_3\) có môi trường acid.

Học sinh tiến hành thực hành ở trên lớp và ghi kết quả vào bảng.

Lưu ý:

• Tránh để các hóa chất như dung dịch HCl dung dịch NaOH bắn vào tay, mắt.
• Để các dụng cụ thủy tinh (bình tam giác, burette, pipette,...) dễ vỡ, cần cẩn thận

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.

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.