Hóa học 11 KNTT Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước

a. Hiện tượng điện li

− Xét thí nghiệm thử tính dẫn điện của nước, muối ăn và dung dịch muối ăn như hình 2.2.

 

− Ta thấy:

+ Cốc (1) đèn không sáng

+ Cốc (2) đèn không sáng

+ Cốc (3) đèn sáng

− Kết luận:

+ Nước tinh khiết, muối ăn tinh khiết không dẫn điện

+ Dung dịch nước muối NaCl dẫn điện, chứng tỏ trong dung dịch có hạt mang điện.

Quá trình phân li các chất trong nước tạo thành ion được gọi là sự điện li. Những chất khi tan trong nước phân li ra ion được gọi là chất điện li.

 

b. Chất điện li

Chất điện li và chất không điện li

− Các chất như hydrochloric acid, sodium hydroxide,... tan trong nước phân li ra các ion nên chúng là chất điện li. Saccarose, ethanol,... không phân li ra các ion nên chúng là chất không điện li.

− Sự phân li một chất thành các ion mang điện trái dấu trong dung dịch được biểu diễn bằng phương trình điện li.

Ví dụ: NaOH(aq) \(\to\) Na⁺(aq) + OH⁻(aq)

           HCl(aq) \(\to\) H⁺(aq) + Cl^-(aq).

Chất điện li mạnh và chất điện li yếu

− Dựa vào mức độ phân li thành các ion, chất điện li được chia thành hai loại:

Chất điện li mạnh là chất khi tan trong nước, hầu hết các phân tử chất tan đều phân li ra ion.

 

Chất điện li mạnh là chất khi tan trong nước, hầu hết các phân tử chất tan đều phân li ra ion.

+ Các chất điện li mạnh thường gặp là:

+ Các acid mạnh: HCI, HNO₃, H₂SO₄,…

+ Các base mạnh: NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂,...

+ Hầu hết các muối.

Quá trình phân li của chất điện li mạnh xảy ra gần như hoàn toàn và được biểu diễn bằng mũi tên một chiều.

HNO₃ \(\to\) H⁺ + NO₃⁻

NaOH \(\to\) Na⁺ + OH⁻

Na₂CO₃ \(\to\) Na⁺ + CO₃²⁻

Chất điện li yếu là chất khi tan trong nước chỉ có một phần số phân tử chất tan phân li ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại ở dạng phân tử trong dung dịch.

 

Ví dụ: trong dung dịch CH₃COOH 0,1 M, cử 1000 phân tử hoà tan thì chỉ có 3 phân tử phân li thành ion, còn lại tồn tại ở dạng phân tử.

+ Những chất điện li yếu gồm các acid yếu như CH₃COOH, HCIO, HF, H₂CO₃,... và base yếu như Cu(OH)₂, Fe(OH)₂,…

+ Quá trình phân li của chất điện li yếu là một phản ứng thuận nghịch và được biểu diễn bằng hai nửa mũi tên ngược chiều nhau ( \(\rightleftharpoons\) )

CH₃COOH \(\rightleftharpoons\) CH₃COO⁻ + H⁺

Phương trình ion rút gọn - Trong dung dịch, chất điện li phân li thành các ion và chính các ion này trực tiếp tham gia vào phản ứng hoá học. Do vậy, phương trình dạng ion rút gọn được sử dụng để biểu diễn các phản ứng xảy ra giữa các chất điện li. - Phương trình ion rút gọn cho biết bản chất của phản ứng trong dung dịch các chất điện li.

 

Ví dụ 1: Khi cho dung dịch HCl (chứa ion H+ và Cl-) tác dụng với dung dịch NaOH (chứa ion Na+ và OH-), thực tế chỉ xảy ra phản ứng giữa ion H+ và OH- theo phương trình ion rút gọn:

H++ OH- \(\to\) H2O

Ví dụ 2: Khi cho dung dịch BaCl2, tác dụng với dung dịch Na2SO4, thực tế chỉ xảy ra phản ứng giữa ion Ba2+ và SO42-.

Theo phương trình ion rút gọn:

Ba2++SO42- \(\to\) BaSO4

a. Khái niệm acid và base theo Brønsted – Lowry

− Năm 1923, nhà hoá học người Đan Mạch J. Brønsted (Bron– stết) và nhà hoá học người Anh T. Lowry (Lao-ri) đã đưa ra một định nghĩa tổng quát hơn về acid, base.

Thuyết Brønsted — Lowry cho rằng acid là chất cho proton H+ và base là chất nhận proton.

 

Ví dụ 1:

 

Trong phản ứng trên: HCl cho H⁺, HCl là acid; H₂O nhận H⁺, H₂O là base.

Ví dụ 2:

Trong phản ứng thuận, NH₃ nhận H⁺ của H₂O, NH₃ là base, H₂O là acid. Trong phản ứng nghịch, ion NH₄⁺ là acid, OH^- là base.

b. Ưu điểm của thuyết acid−base của Brønsted – Lowry

− Theo thuyết Arrhenius

+ Trong phân tử acid phải có nguyên tử H, trong nước phân li ra ion H⁺.

+ Trong phân tử base phải có phân tử OH, trong nước phân li ra ion OH^-.

− Thuyết Arrhenius chỉ đúng trong dung môi là nước.

− Thuyết acid−base của Brønsted — Lowry tổng quát hơn thuyết Arrhenius, phân tử không có nhóm OH như NH₃ hoặc ion CO₃^2- vẫn là base.

a. Khái niệm pH

− Nồng độ ion H⁺ hoặc ion OH^- được dùng để đánh giá tính acid hoặc tính base của các dung dịch.

+ Tuy nhiên, các dung dịch có nồng độ H⁺, nồng độ OH^- thấp, chúng là những số có số mũ âm hoặc có nhiều chữ số thập phân. Vì vậy, để tiện sử dụng, người ta dùng đại lượng pH với quy ước như sau:

pH = – Lg[H+]hoặc [H+] = 10-pH

 

+ Trong đó [H⁺] là nồng độ mol của ion H⁺.

+ Nếu dung dịch có [H⁺] = 10^-a mol/L thì pH = a.

Ví dụ: [H⁺] = 10^-2 mol/L thì pH = 2.

− Môi trường acid là môi trường có [H⁺] > [OH^-] nên [H⁺] > 10⁻⁷ mol/L hay pH < 7.

− Môi trường base là môi trường có [H⁺] < [OH^-] nên [H⁺] < 10^-7 mol/L hay pH > 7.

− Môi trường trung tính là môi trường có [H⁺] = [OH ] = 10^-7 mol/L hay pH = 7. Thang pH thường dùng có giá trị từ 1 đến 14.

 

 

b. Ý nghĩa của pH trong thực tiễn

Chỉ số pH có ý nghĩa to lớn trong thực tiễn, pH có liên quan đến sức khoẻ của con người, sự phát triển của động vật, thực vật, ...

c. Xác định pH

- Giá trị pH của dung dịch được xác định gần đúng bằng cách sử dụng chất chỉ thị acid – base.

- Khi cần xác định giá trị pH chính xác hơn, người ta sử dụng máy đo pH.

- Chất chỉ thị acid – base là chất có màu sắc biến đổi phụ thuộc vào giá trị pH của dung dịch. Một số chất chỉ thị như giấy pH, giấy quỳ, phenolphthalein có màu sắc thay đổi trong các khoảng pH khác nhau (Bảng 2.1).

Môi trường của một số dung dịch muối

- Khi tan trong nước, muối phân li thành các ion. Phản ứng giữa ion với nước tạo ra các dung dịch có môi trường khác nhau được gọi là phản ứng thuỷ phân.

Ví dụ: Trong dung dịch Na₂CO₃, ion Na⁺ không bị thuỷ phân, còn CO₃^2- thuỷ phân trong nước tạo ion OH^-.

CO₃^2- + H₂O \(\to\) HCO₃^- + OH^-

⇒ Vì vậy, dung dịch Na₂CO₃ có môi trường base.

Nguyên tắc chuẩn độ acid base

- Chuẩn độ là phương pháp xác định nồng độ của một chất bằng một dung dịch chuẩn đã biết nồng độ.  - Dựa vào thể tích của các dung dịch khi phản ứng vừa đủ với nhau, xác định được nồng độ dung dịch chất cần chuẩn độ.

Bài 1. Cho các chất sau: NaCl; HF; CuSO₄; NaOH; Mg(NO₃)₂; H₃PO₄; (NH₄)₃PO₄; H₂CO₃; ethanol; CH₃COOH; AgNO₃; Glucose; glicerol; Al(OH)₃; Fe(OH)₂; HNO₃.

Xác định chất điện li mạnh, chất điện li yếu, chất không điện li? Viết phương trình điện li của các chất (nếu có).

 

Hướng dẫn giải:

- Chất điện li mạnh: NaCl; CuSO₄; NaOH; Mg(NO₃)₂; (NH₄)₃PO₄; AgNO₃; HNO₃.

+ Phương trình điện li:

NaCl \(\to\) Na⁺ + Cl^- 

CuSO₄ \(\to\) Cu²⁺ + SO₄^2-

NaOH \(\to\) Na⁺ + OH^- 

Mg(NO₃)₂ \(\to\) Mg²⁺ + 2NO₃^-

(NH₄)₃PO₄ \(\to\) 3NH₄⁺ + PO₄^3- 

AgNO₃ \(\to\) Ag⁺ + NO₃^-

HNO₃ \(\to\) H⁺ + NO₃^-

- Chất điện li yếu: HF; H₃PO₄; H₂CO₃; CH₃COOH; Al(OH)₃; Fe(OH)₂.

+ Phương trình điện li:

HF \(\rightleftharpoons\) H⁺ + F^- 

CH₃COOH \(\rightleftharpoons\) CH₃COO^- + H⁺

H₃PO₄ \(\rightleftharpoons\) H⁺ + H₂PO₄^- 

Al(OH)₃ \(\rightleftharpoons\) Al³⁺ + 3OH^-

H₂PO₄^- \(\rightleftharpoons\) H⁺ + HPO₄^2- 

H₂CO₃ \(\rightleftharpoons\) H⁺ + HCO₃^-

HPO₄^2- \(\rightleftharpoons\) H⁺ + PO₄^3- 

HCO₃^- \(\rightleftharpoons\) H⁺ + CO₃^2-

Fe(OH)₂ \(\rightleftharpoons\) Fe²⁺ + OH^-

- Chất không điện li: Glucose; glicerol; ethanol.

 

Bài 2. 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:

- Số mol HCl là nHCl = (10.7,3)/(100.36,5) = 0,02 mol

- Số mol H₂SO₄ là nH₂SO₄ = (20.4,9)/(100.98) = 0,01 mol

- Phương trình điện li: HCl \(\to\) H⁺ + Cl^-

                                0,02 \(\to\) 0,02 mol

                                H₂SO₄ \(\to\) 2H⁺ + SO₄^2-

                                0,01 \(\to\) 0,02 mol 

- Tổng số mol H⁺ là nH⁺ = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol

C_M(H⁺) = 0,04/0,1 = 0,4 M ⇒ pH = 0,4

Học xong bài học này, em có thể:

− Nêu được khái niệm sự điện li, chất điện li, chất không điện li, khái niệm và ý nghĩa của pH trong thực tiễn, nguyên tắc xác định nồng độ acid, base mạnh bằng phương pháp chuẩn độ. 

− Viết được biểu thức tính pH và biết cách sử dụng các chất chỉ thị để xác định pH bằng các chất chỉ thị phổ biến như giấy chỉ thị màu, quỳ tím, phenolphthalein...

− Thực hiện được thí nghiệm chuẩn độ acid – base: Chuẩn độ dung dịch base mạnh (sodium hydroxide) bằng acid mạnh (hydrochloric acid).

− Trình bày được ý nghĩa thực tiễn cân bằng trong dung dịch nước của ion Al3+, Fe3+ và CO, thuyết Brønsted – Lowry về acid – base.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Hóa học 11 KNTT Bài 2 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Phương trình điện li nào sau đây không đúng?

  • A. HCl → H⁺ + Cl^-
  • B. CH₃COOH \(\rightleftharpoons\) CH₃COO^- + H⁺
  • C.  H₃PO₄ → 3H⁺ + PO₄^3-
  • D. Na₃PO₄ → 3Na⁺ + PO₄^3-

• Câu 2:

  Phương trình điện li nào sau đây viết đúng?

  • A.

    H₂SO₄ \(\rightleftharpoons\) H⁺ + HSO₄^-

  • B. H₂CO₃ \(\rightleftharpoons\) 2H⁺ + HCO₃^-
  • C.

    H₂SO₃ → 2H⁺ + SO₃^2-

  • D. Na₂S \(\rightleftharpoons\) 2Na⁺ + S^2-

• Câu 3:

  Các chất dẫn điện là

  • A. KCl nóng chảy, dung dịch NaOH, dung dịch HNO₃.
  • B. dung dịch glucose , dung dịch alcohol ethylic , glycerine.
  • C. KCl rắn khan, NaOH rắn khan, kim cương.
  • D. Khí HCl, khí NO, khí O₃.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Hóa học 11 KNTT Bài 2 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 16 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 16 SGK Hoá học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 17 SGK Hoá học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 18 Hoá học 11 Kết nối tri thức - KNTT:

Giải Câu hỏi 1 trang 18 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 19 Hoá học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Câu hỏi 2 trang 20 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Câu hỏi 3 trang 21 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 4 trang 21 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 5 trang 21 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Giải Câu hỏi 6 trang 22 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 7 trang 22 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Hoạt động trang 23 Hoá học 11 Kết nối tri thức – KNTT

Hoạt động trang 24 Hoá học 11 Kết nối tri thức – KNTT

Thực hành trang 25 Hoá học 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 8 trang 26 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức – KNTT

Giải Câu hỏi 9 trang 26 SGK Hóa học 11 Kết nối tri thức - KNTT

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Hóa học HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!