Bài 3: Sự điện li của nước, pH, chất chỉ thị axit - bazơ

I. Nư­ớc là chất điện li yếu

1. Sự điện li của nư­ớc

N­ước điện li rất yếu theo phư­ơng trình sau:

\[{{H}_{2}}O\,\,\,\rightleftarrows \,\,\,\,{{H}^{+}}+O{{H}^{-}}\] (1)

2. Tích số ion của nư­ớc

Vậy môi tr­ường trung tính là môi trường có:

\[~[{{H}^{+}}\left] \text{ }=\text{ } \right[O{{H}^{-}}]\]

Tại 25⁰C, trong nư­ớc nguyên chất có:

\[~\text{ }[{{H}^{+}}\left] \text{ }=\text{ } \right[O{{H}^{-}}]\text{ }=\text{ }1,{{0.10}^{-17}}~M\]

Đặt: \[{{K}_{{{H}_{2}}O~}}=\text{ }[{{H}^{+}}\left] \text{ }.\text{ } \right[O{{H}^{-}}]\text{ }=\text{ }1,{{0.10}^{-17}}~.\text{ }1,{{0.10}^{-17}}~=\text{ }1,{{0.10}^{-14}}\]

\[{{K}_{{{H}_{2}}O~}}\] đ­ược gọi tích số ion của n­ước.

Ở nhiệt độ xác định, tích số này là hằng số không những trong nư­ớc tinh khiết mà cả trong những dung dịch loãng khác nữa.

3. Ý nghĩa tích số ion của nư­ớc

a. Môi tr­ường axit

- Khi cho axit HCl vào nư­ớc, nồng độ H⁺ tăng, mà tích số ion trong nước không đổi nên nồng độ OH^- phải giảm.

Ví dụ: Hòa tan HCl vào nước để được \[~[{{H}^{+}}]\text{ }=\text{ }1,{{0.10}^{-3}}M\text{ }\Rightarrow [O{{H}^{-}}]\text{ }=\text{ }1,{{0.10}^{-11}}M\]

- Vậy môi tr­ường axit là môi trư­ờng có: \[[{{H}^{+}}\left] ~\text{ }>\text{ } \right[O{{H}^{-}}\left] \text{ }hay\text{ } \right[{{H}^{+}}]~\text{ }>\text{ }1,{{0.10}^{-7}}M\].

b. Môi tr­ường kiềm

- Khi cho NaOH vào nư­ớc, nồng độ \[O{{H}^{-}}\] tăng, mà tích số ion trong nước không đổi nên nồng độ \[{{H}^{+}}\]phải giảm.

Vậy môi trư­ờng kiềm là môi trư­ờng có: \[[{{H}^{+}}\left] \text{ }<\text{ } \right[O{{H}^{-}}\left] \text{ }hay\text{ } \right[{{H}^{+}}]\text{ }<\text{ }1,{{0.10}^{-7}}M\]

Kết luận:

- Môi trư­ờng trung tính: \[~[{{H}^{+}}]~\text{ }>\text{ }1,{{0.10}^{-7}}M\]

- Môi trư­ờng axit: \[[{{H}^{+}}]~\text{ }<\text{ }1,{{0.10}^{-7}}M\]

- Môi tr­ường kiềm:  \[~[{{H}^{+}}]~\text{ }\to \text{ }1,{{0.10}^{-7}}M\].

II. Khái niệm pH, chất chỉ thị axit – bazơ

1. Khái niệm về pH

- Để đánh giá độ kiềm, độ axit của dung dịch có thể dựa vào \[~[{{H}^{+}}]\].

- Để tránh ghi giá trị\[~[{{H}^{+}}]\] với số mũ âm, ng­ười ta dùng gía trị pH với quy ư­ớc:

\[pH\text{ }=\text{ }-\text{ }lg[{{H}^{+}}\left] ~\text{ };\text{ }~ \right[{{H}^{+}}]\text{ }=\text{ }{{10}^{-\text{ }pH}}\]

Ta có:

• pH = 7  môi tr­ường trung tính.
• pH < 7 môi tr­ường axit.
• pH > 7  môi trư­ờng kiềm.

Thang pH thường dùng có giá trị từ 1 đến 14.

2. Chất chỉ thị axit – bazơ

- Chất chỉ thị axit – bazơ là chất có màu biến đổi phụ thuộc theo giá trị pH của dung dịch.

- Khi trộn lẫn một số chất chỉ thị axit – bazơ có màu biến đổi kế tiếp nhau theo giá trị pH ta thu đ­ược chất chỉ thị vạn năng.

III. BÀI TẬP

Bài 1 (Trang 14 – SGK)

Tích số ion của nước là gì và bằng bao nhiêu ở 25 độ C?

Trả lời :

Tích số ion của nước là tích số của nồng độ \[{{H}^{+}}\] và nồng độ \[O{{H}^{-}}~([{{H}^{+}}].[O{{H}^{-}}~]\text{ })~\] trong nước và cả trong các dung dịch loãng của các chất khác nhau. Ở \[{{25}^{o}}C\] bằng thực nghiệm, người ta xác định được \[~[{{H}^{+}}\left] \text{ }=\text{ } \right[O{{H}^{-}}]\text{ }=\text{ }{{10}^{-7}}~\left( M \right).\]

Vậy tích số ion của nước (ở\[{{25}^{o}}C\]) là \[~[{{H}^{+}}][O{{H}^{-}}]\text{ }=\text{ }{{10}^{-14}}.\]

Bài 2 (Trang 14 – SGK)

Phát biểu định nghĩa môi trường axit, trung tính và kiềm theo nồng độ \[{{H}^{+}}\] và \[pH\]?

Trả lời

- Môi trường axit là môi trường trong đó \[[{{H}^{+}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }>\text{ }\!\![\!\!\text{ }O{{H}^{-}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }\] hay \[\text{ }\!\![\!\!\text{ }{{H}^{+}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }>{{10}^{-7}}~M\text{ }\]hoặc \[\text{ }pH\text{ }<\text{ }7.\]

- Môi trường trung tính là môi trường trong đó \[[{{H}^{+}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }\,\,\,\text{=}\,\,\text{ }\!\![\!\!\text{ }O{{H}^{-}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ =}\,\,\,{{10}^{-7}}~M\text{ }\]hoặc \[\text{ }pH\text{ = }7.\]

- Môi trường kiềm là môi trường trong đó \[[{{H}^{+}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }\,\,\,<\,\,\text{ }\!\![\!\!\text{ }O{{H}^{-}}\text{ }\!\!]\!\!\text{ }\] hay \[\text{ }\!\![\!\!\text{ }{{H}^{+}}\text{ }\!\!]\!\!\text{  }{{10}^{-7}}~M\text{ }\]hoặc \[\text{ }pH\text{  }7.\]

Bài 3 (Trang 14 – SGK)

Chất chỉ thị axit – bazơ là gì? Hãy cho biết màu của quỳ tím và phenolphtalein trong các khoảng pH khác nhau?

Trả lời:

Chất chỉ thị axit –bazơ là chất có màu biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch.

Màu của quỳ tím trong khoảng pH khác nhau

Màu của phenolphtalein trong các khoảng pH khác nhau

Bài 4 (Trang 14 – SGK)

Một dung dịch có \[[O{{H}^{-}}~]=\text{ }1,{{5.10}^{-5}}\]. Môi trường của dung dịch này là:

A. Axit ;                                                                    C. Kiềm

B. Trung tính ;                                             D. Không xác định được

Trả lời:

Chọn C.

Một dung dịch có \[[O{{H}^{-}}~]=\text{ }1,{{5.10}^{-5}}\]

\[\Rightarrow \left[ {{H}^{+}} \right]=\frac{1,{{0.10}^{-14}}}{1,{{5.10}^{-5}}}=6,{{7.10}^{-10}}\,M\,<1,{{0.10}^{-7\,}}\,M\]

Vậy dung dịch có môi trường kiềm.

Bài 5 (Trang 14 – SGK)

Tính nồng độ \[{{H}^{+}},\text{ }O{{H}^{-}}\] và \[pH~\] của dung dịch \[HCl\text{ }0,10M\] và dung dịch \[NaOH\text{ }0,010M\]?

Trả lời

Bài 6 (Trang 14 – sGK)

Dung dịch \[HCl\,\,\,0,010M~\,\], tính số ion của nước là

A. \[[{{H}^{+}}][O{{H}^{-}}~]\text{ }>\text{ }1,{{0.10}^{-14}}\];                                       B. \[[{{H}^{+}}][O{{H}^{-}}~]\text{ = }1,{{0.10}^{-14}}\];

C. \[[{{H}^{+}}][O{{H}^{-}}~]\text{  }1,{{0.10}^{-14}}\];                                          D. Không xác định được.

Trả lời

Chọn B

Vì tích số ion của nước là hằng số trong nước và cả trong các dung dịch loãng của các chất khác nhau.

Bài viết gợi ý: