Giải SGK Hóa 11 CTST Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước có đáp án

- Acid là chất cho proton (H⁺), base là chất nhận proton. Acid và base có thể là phân tử hoặc ion.

- Để xác định nồng độ của dung dịch acid, base có thể dùng phương pháp chuẩn độ acid – base.

Hiện tượng: Bóng đèn ở cốc đựng dung dịch sodium chloride sáng, còn bóng đèn ở cốc đựng nước cất và dung dịch saccharose không sáng.

Þ Dung dịch sodium chloride dẫn điện; nước cất và dung dịch saccharose không dẫn điện.

Dung dịch NaCl có tính dẫn điện do trong nước NaCl có thể phân li ra thành các ion.

NaCl → Na⁺ + Cl^-.

- Độ sáng của bóng đèn ở các thí nghiệm giảm dần theo thứ tự: (a) > (b) > (c).

- Nhận xét:

+ Dung dịch hydrochloric acid (HCl) dẫn điện mạnh.

+ Dung dịch acetic acid (CH₃COOH) dẫn điện yếu.

+ Dung dịch glucose (C₆H₁₂O₆) không dẫn điện.

- Phương trình (1): HCl → H⁺ + Cl^-

Þ HCl phân li hoàn toàn trong nước.

- Phương trình (2): CH₃COOH ⇌ CH₃COO^- + H⁺

⇒ CH₃COOH phân li một phần trong nước.

Cân bằng (2): CH₃COOH ⇌ CH₃COO^- + H⁺

+ Khi thêm vài giọt dung dịch NaOH, tức thêm OH^- sẽ làm giảm H⁺ do đó cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm tăng H⁺ tức chiều thuận.

+ Khi thêm vài giọt CH₃COONa, tức thêm CH₃COO^- thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm CH₃COO^- tức chiều nghịch.

HNO₃ → H⁺ + NO₃^-

Ca(OH)₂ → Ca²⁺ + 2OH^-

BaCl₂ → Ba²⁺ + 2Cl^-

Quan sát hình ảnh xác định được: NH₃ nhận H⁺; HCl cho H⁺.

- Trong cân bằng ở Hình 2.4, nước nhận H⁺ nên đóng vai trò là base.

- Trong cân bằng ở Hình 2.5, nước cho H⁺ nên đóng vai trò là acid.

- Cân bằng của ion HCO₃^- trong nước:

HCO3−+H2O⇌H3O++CO32−    (*)HCO3−+H2O⇌H2CO3+OH−    (**)

Trong cân bằng của ion HCO₃^- trong nước, H₂O vừa nhận proton (*) vừa cho proton (**) nên là chất lưỡng tính.

- CH₃COOH cho proton (H⁺) nên là acid.

- CO₃^2- nhận proton (H⁺) nên là base.

pH = -log[H⁺] = -log[10^-2] = 2.

Ta có: K_w = [H⁺].[OH^-]

⇒[H+]=10−1410−4=10−10

Þ pH = -log[H⁺] = -log[10^-10] = 10.

- Môi trường trung tính: [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 M hay pH = 7.

- Môi trường acid: [H⁺] > [OH^-] hay [H⁺] > 10^-7 M hay pH < 7.

- Môi trường base: [H⁺] < [OH^-] hay [H⁺] < 10^-7 M hay pH > 7.

a) HCl → H⁺ + Cl^-

n_H⁺ = n_HCl = 0,5.0,2 = 0,1 mol.

[H⁺] = 0,10,5+0,5=0,1(M).

pH của dung dịch thu được: pH = -log[H⁺] = -log[0,1] = 1.

b) NaOH → Na⁺ + OH^-

pH = 12 Þ [H⁺] = 10^-12 M Þ [OH^-] = 10^-2 M.

n_OH^- = 10^-2.0,1 = 10^-3 (mol).

Khối lượng NaOH cần dùng là: m_NaOH = 10^-3.40 = 0,04 gam.

- Trong khoang miệng, khoảng pH thấp nhất là 6,5; khoảng pH cao nhất là 7,5.

- Trong khoang dạ dày, khoảng pH thấp nhất là 1,5; khoảng pH cao nhất là 3,5.

- Đất chua là đất dư acid, để cải thiện đất trồng bị chua người ta bón CaO do:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Ca(OH)₂ là base, sẽ trung hoà bớt acid trong đất chua, làm tăng pH của đất.

- Không bón P₂O₅ do: P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄.

H₃PO₄ là acid, càng làm tăng độ chua của đất.

- Đối với giấy pH:

+ Dung dịch có pH < 7: giấy pH có màu vàng, cam, đỏ (màu đậm nhạt khác nhau tuỳ theo pH, màu càng đậm pH càng thấp).

+ Dung dịch có pH > 7: giấy pH có màu xanh (màu đậm nhạt khác nhau tuỳ theo pH, màu càng đậm khi pH càng cao).

- Đối với phenolphthalein:

+ Môi trường acid, môi trường trung tính không làm đổi màu phenolphthalein.

+ Môi trường base làm phenolphthalein chuyển sang màu hồng.

- Đối với quỳ tím:

+ Dung dịch có pH < 4,5: quỳ tím chuyển sang màu đỏ.

+ Dung dịch có pH > 8,3: quỳ tím chuyển sang màu

Vai trò của chất chỉ thị trong phương pháp chuẩn độ acid – base là để nhận biết điểm tương đương.

Cần lắc nhẹ dung dịch trong bình tam giác trong khi thực hiện thao tác chuẩn độ để phản ứng xảy ra tại mọi điểm trong dung dịch.

Phương trình hoá học:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Hay OH^- + H⁺ → H₂O.

Tại thời điểm kết thúc chuẩn độ dung dịch trong bình tam giác xuất hiện màu hồng nhạt bền trong khoảng 30 giây.

Nồng độ của dung dịch NaOH ban đầu:

Áp dụng: C_HCl.V_HCl = C_NaOH. V_NaOH

_{⇒CNaOH=CHCl.VHClVNaOH=0,1.1012,5=0,08M.}

Ion Al³⁺, Fe³⁺ (hay gọi chung là M³⁺) dễ thuỷ phân trong nước tạo thành hydroxide không tan và cho môi trường acid:

M³⁺ + 3H₂O ⇌ M(OH)₃↓ + 3H⁺ (*)

Trong phòng thí nghiệm người ta thường nhỏ vài giọt dung dịch acid vào trong lọ đựng dung dịch muối M³⁺ để bảo quản, nhằm cho cân bằng (*) chuyển dịch theo chiều nghịch, hạn chế sự thuỷ phân của muối.

Phèn chua hay phèn nhôm – kali có công thức: K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O.

Khi hoà tan phèn chua trong nước phân li ra ion Al³⁺:

K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O → 2K⁺ + 2Al³⁺ + 4SO₄^2- + 24H₂O.

 Ion Al³⁺ dễ bị thuỷ phân trong nước tạo thành Al(OH)₃ không tan ở dạng keo kéo theo các chất bẩn lơ lửng trong nước lắng xuống và cho môi trường acid:

Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃↓ + 3H⁺

Þ H⁺ sinh ra phản ứng với với gỉ sét trên inox, làm sạch inox.

Phương trình thuỷ phân CO₃^2- được biểu diễn đơn giản như sau:

CO32−+H2O⇌HCO3−+OH−

Quá trình thuỷ phân này sinh ra OH^- làm tăng pH của nước.

Vôi bột: CaO.

Vôi bột tác dụng với nước: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Ca(OH)₂ là base, sẽ trung hoà bớt acid trong nước ao, hồ, làm tăng pH của nước ao, hồ.

[H+]=Kw[OH−]=10−142,5×10−10=4×10−5M.

pH = -log[H⁺] = 4,4.

Dung dịch có môi trường acid do pH < 7.

Ta có: n_HCl = 0,04.0,5 = 0,02 mol; n_NaOH = 0,06.0,5 = 0,03 mol.

Phương trình hoá học:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

0,03             0,02                       mol

Theo phương trình hoá học có NaOH dư 0,01 mol;

NaOH → Na⁺ + OH^-

[OH^-] = 0,010,1=0,1 M⇒[H+]=10−13M⇒pH=13.

[H⁺] = 10^-pH = 10^-2,5 = 3,16.10^-3M.

Phương trình điện li 

H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄^-

HSO₄^- ⇌ H⁺ + SO₄^2-

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

Phèn chua hay phèn nhôm – kali có công thức: K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O.

Khi hoà tan phèn chua trong nước phân li ra ion Al³⁺:

K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O → 2K⁺ + 2Al³⁺ + 4SO₄^2- + 24H₂O.

 Ion Al³⁺ dễ bị thuỷ phân trong nước tạo thành Al(OH)₃ không tan ở dạng keo kéo theo các chất bẩn lơ lửng trong nước lắng xuống do đó có tác dụng làm trong nước.

Phương trình phản ứng thuỷ phân: Al³⁺ + 3H₂O ⇌ Al(OH)₃↓ + 3H⁺.

Trong phản ứng thuỷ phân Al³⁺ đóng vai trò là acid.