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 (CH$_{3}$COOH) dẫn điện yếu.

+ Dung dịch glucose (C$_{6}$H$_{12}$O$_{6}$) không dẫn điện.

- Phương trình (1): HCl → H$^{+}$ + Cl$^{-}$

Þ HCl phân li hoàn toàn trong nước.

- Phương trình (2): CH$_{3}$COOH ⇌ CH$_{3}$COO$^{-}$ + H$^{+}$

⇒ CH$_{3}$COOH phân li một phần trong nước.

Cân bằng (2): CH$_{3}$COOH ⇌ CH$_{3}$COO$^{-}$ + 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 CH$_{3}$COONa, tức thêm CH$_{3}$COO$^{-}$ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều làm giảm CH$_{3}$COO$^{-}$ tức chiều nghịch.

HNO$_{3}$ → H$^{+}$ + NO$_{3}$$^{-}$

Ca(OH)$_{2}$ → Ca$^{2+}$ + 2OH$^{-}$

BaCl$_{2}$ → Ba$^{2+}$ + 2Cl$^{-}$

- 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 HCO$_{3}$$^{-}$ trong nước:

$\begin{matrix}HC{O}_{3}^{-}+{H}_{2}O⇌{H}_{3}{O}_{}^{+}+C{O}_{3}^{2-}\ (*) \\ HC{O}_{3}^{-}+{H}_{2}O⇌{H}_{2}C{O}_{3}+O{H}_{}^{-}\ (**)\end{matrix}$

Trong cân bằng của ion HCO$_{3}$$^{-}$ trong nước, H$_{2}$O vừa nhận proton (*) vừa cho proton (**) nên là chất lưỡng tính.

- CH$_{3}$COOH cho proton (H$^{+}$) nên là acid.

- CO$_{3}$$^{2-}$ nhận proton (H$^{+}$) nên là base.

Ta có: K$_{w}$ = [H$^{+}$].[OH$^{-}$]

$\Rightarrow \text{[}{H}_{}^{+}\text{]}=\frac{{10}^{-14}}{{10}^{-4}}={10}^{-10}$

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$^{+}$] = $\frac{0{,}1}{0{,}5+0{,}5}=0{,}1(M).$

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 + H$_{2}$O → Ca(OH)$_{2}$

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

- Không bón P$_{2}$O$_{5}$ do: P$_{2}$O$_{5}$ + 3H$_{2}$O → 2H$_{3}$PO$_{4}$.

H$_{3}$PO$_{4}$ 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

Phương trình hoá học:

NaOH + HCl → NaCl + H$_{2}$O

Hay OH$^{-}$ + H$^{+}$ → H$_{2}$O.

Nồng độ của dung dịch NaOH ban đầu:

Áp dụng: C$_{HCl}$.V$_{HCl}$ = C$_{NaOH}$. V$_{NaOH}$

$_{\Rightarrow {C}_{NaOH}=\frac{{C}_{HCl}.{V}_{HCl}}{{V}_{NaOH}}=\frac{0{,}1.10}{12{,}5}=0{,}08M.}$

Ion Al$^{3+}$, Fe$^{3+}$ (hay gọi chung là M$^{3+}$) dễ thuỷ phân trong nước tạo thành hydroxide không tan và cho môi trường acid:

M$^{3+}$ + 3H$_{2}$O ⇌ M(OH)$_{3}$↓ + 3H$^{+}$ (*)

Trong phòng thí nghiệm người ta thường nhỏ vài giọt dung dịch acid vào trong lọ đựng dung dịch muối M$^{3+}$ 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: K$_{2}$SO$_{4}$.Al$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$.24H$_{2}$O.

Khi hoà tan phèn chua trong nước phân li ra ion Al$^{3+}$:

K$_{2}$SO$_{4}$.Al$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$.24H$_{2}$O → 2K$^{+}$ + 2Al$^{3+}$ + 4SO$_{4}$$^{2-}$ + 24H$_{2}$O.

Ion Al$^{3+}$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:

Al$^{3+}$ + 3H$_{2}$O ⇌ Al(OH)$_{3}$↓ + 3H$^{+}$

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

Phương trình thuỷ phân CO$_{3}$$^{2-}$ được biểu diễn đơn giản như sau:

$C{O}_{3}^{2-}+{H}_{2}O⇌HC{O}_{3}^{-}+O{H}_{}^{-}$

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

Vôi bột: CaO.

Vôi bột tác dụng với nước: CaO + H$_{2}$O → Ca(OH)$_{2}$.

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

$\text{[}{H}^{+}\text{]}=\frac{{K}_{\text{w}}}{\text{[}O{H}^{-}\text{]}}=\frac{{10}_{}^{-14}}{2{,}5\times {10}^{-10}}=4\times {10}_{}^{-5}M.$

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 + H$_{2}$O

0,03 0,02 mol

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

NaOH → Na$^{+}$ + OH$^{-}$

[OH$^{-}$] = $\frac{0{,}01}{0{,}1}=0{,}1\ M\Rightarrow \text{[}{H}_{}^{+}\text{]}={10}_{}^{-13}M\Rightarrow pH=13.$

Phương trình điện li

H$_{2}$SO$_{4}$ → H$^{+}$ + HSO$_{4}$$^{-}$

HSO$_{4}$$^{-}$⇌ H$^{+}$+ SO$_{4}$$^{2-}$

Ba(OH)$_{2}$ → Ba$^{2+}$ + 2OH$^{-}$

Al$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$ → 2Al$^{3+}$ + 3SO$_{4}$$^{2-}$

Phèn chua hay phèn nhôm – kali có công thức: K$_{2}$SO$_{4}$.Al$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$.24H$_{2}$O.

Khi hoà tan phèn chua trong nước phân li ra ion Al$^{3+}$:

K$_{2}$SO$_{4}$.Al$_{2}$(SO$_{4}$)$_{3}$.24H$_{2}$O → 2K$^{+}$ + 2Al$^{3+}$ + 4SO$_{4}$$^{2-}$ + 24H$_{2}$O.

Ion Al$^{3+}$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: Al$^{3+}$ + 3H$_{2}$O ⇌ Al(OH)$_{3}$↓ + 3H$^{+}$.

Trong phản ứng thuỷ phân Al$^{3+}$ đóng vai trò là acid.