Giải Hóa 11 Bài 2 (Kết nối tri thức): Cân bằng trong dung dịch nước

Giải Hóa 11 Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước

Bài giảng Bài 2: Cân bằng trong dung dịch nước - Kết nối tri thức

Giải Hóa 11 trang 16

Mở đầu trang 16 Hóa học 11: Hình 2.1 cho thấy giá trị pH của dung dịch một số chất thông dụng. Vậy pH là gì? pH có ảnh hưởng gì đến đời sống? Xác định pH như thế nào?

Lời giải:

pH là một đại lượng liên hệ trực tiếp với nồng độ H⁺ để đánh giá tính acid, base của một dung dịch đã cho, với quy ước như sau:

pH = -log[H⁺] hoặc [H⁺] = 10^-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.

I. Sự điện li

Hoạt động trang 16 Hóa học 11:Tìm hiểu về sự điện li

Thí nghiệm thử tính dẫn điện của nước, muối ăn và dung dịch muối ăn được thực hiện như mô tả trong Hình 2.2.

Thực hiện yêu cầu:

a) Hãy nhắc lại khái niệm dòng điện.

b) Đèn sáng cho thấy dung dịch NaCl dẫn điện, chứng tỏ dung dịch có hạt mang điện. Đó có thể là loại hạt nào (electron, phân tử NaCl, cation hay anion)?

c) Hãy giải thích sự tạo thành các hạt mang điện đó.

Lời giải:

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 Na+ và 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 Na+ và Cl- trên bề mặt hút các phân tử nước lại gần. Các phân tử nước hướng các đầu âm vào ion Na+, các đầu dương vào ion Cl- và làm yếu liên kết giữa các cation, anion trong tinh thể và khuếch tán vào nước.

Hoạt động trang 17 Hóa học 11: Tìm hiểu chất điện li và chất không điện li

Kết quả thử tính dẫn điện với các dung dịch hydrochloric acid (HCl), sodium hydroxide (NaOH), saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁), ethanol (C₂H₅OH) được trình bày trong bảng dưới đây. Hãy hoàn thành các thông tin còn thiếu trong bảng vào vở:

Lời giải:

Giải Hóa 11 trang 18

Câu hỏi 1 trang 18 Hóa học 11: Viết phương trình điện li của các chất sau: HF, HI, Ba(OH)₂, KNO₃, Na₂SO₄.

Lời giải:

Phương trình điện li:

HF ⇌ H⁺ + F^-

HI → H⁺ + I^-

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

KNO₃ → K⁺ + NO₃^-

Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄^2-

Hoạt động trang 18 Hóa học 11: So sánh khả năng phân li trong nước của HCl và CH₃COOH

Kết quả thử tính dẫn điện với dung dịch HCl 0,1 M và dung dịch CH₃COOH 0,1 M cho thấy trường hợp cốc đựng dung dịch HCl 0,1 M bóng đèn sáng hơn.

Thực hiện yêu cầu sau:

Hãy so sánh số ion mang điện trong hai dung dịch trên, từ đó cho biết acid nào phân li mạnh hơn.

Lời giải:

Hai dung dịch HCl và CH3COOH có cùng nồng độ là 0,1 M. Trường hợp cốc đựng dung dịch HCl 0,1 M bóng đèn sáng hơn  số hạt mang điện trong dung dịch HCl nhiều hơn số hạt mang điện trong dung dịch CH3COOH 0,1 M.

Vậy acid HCl phân li mạnh hơn.

II. Thuyết acid – base của Bronsted – Lowry

Hoạt động trang 19 Hóa học 11: Cho các dung dịch: HCl, NaOH, Na₂CO₃.

a) Viết phương trình điện li của các chất trên.

b) Sử dụng máy đo pH (hoặc giấy pH) xác định pH, môi trường (acid/base) của các dung dịch trên.

c) Theo khái niệm acid – base trong môn Khoa học tự nhiên ở lớp 8, trong những chất cho ở trên: Chất nào là acid? Chất nào là base?

Lời giải:

a) Phương trình điện li của các chất:

HCl → H⁺ + Cl^-

NaOH → Na⁺ + OH^-

Na₂CO₃ → 2Na⁺ +

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 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 OH^-.

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

Câu hỏi 2 trang 20 Hóa học 11: Dựa vào thuyết acid – base của Br∅nsted – Lowry, hãy xác định chất nào là acid, chất nào là base trong các phản ứng sau:

a) CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO^- + H₃O⁺

b) S^2- + H₂O ⇌ HS^- + OH^-

Lời giải:

Thuyết Bronsted – Lowry cho rằng acid là chất cho proton (H⁺) và base là chất nhận proton.

a) CH₃COOH + H₂O ⇌ CH₃COO^- + H₃O⁺

Trong phản ứng trên: CH₃COOH cho H⁺, CH₃COOH là acid; H₂O nhận H⁺, H₂O là base.

b) S^2- + H₂O ⇌ HS^- + OH^-

Trong phản ứng trên: H₂O cho H⁺, H₂O là acid; S^2- nhận H⁺, S^2- là base.

Giải Hóa 11 trang 21

III. Khái niệm pH và ý nghĩa của pH trong thực tiễn

Câu hỏi 3 trang 21 Hóa học 11: Một loại dầu gội đầu có nồng độ ion OH^- là 10^-5,17 mol/ L.

a) Tính nồng độ ion H⁺, pH của loại dầu gội nói trên.

b) Môi trường của loại dầu gội trên là acid, base hay trung tính?

Lời giải:

a)Ta có: [H⁺].[OH]^- = 10^-14

Ta có: pH = -log[H⁺] = 8,83.

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

Câu hỏi 4 trang 21 Hóa học 11: Một học sinh làm thí nghiệm xác định độ pH của đất như sau: Lấy một lượng đất cho vào nước rồi lọc lấy phần dung dịch. Dùng máy đo pH đo được giá trị pH là 4,52.

a) Hãy cho biết môi trường của dung dịch là acid, base hay trung tính.

b) Loại đất trên được gọi là đất chua. Hãy đề xuất biện pháp để giảm độ chua, tăng độ pH của đất.

Lời giải:

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).

Câu hỏi 5 trang 21 Hóa học 11: pH của dung dịch nào sau đây có giá trị nhỏ nhất?

A. Dung dịch HCl 0,1 M.

B. Dung dịch CH3COOH 0,1 M.

C. Dung dịch NaCl 0,1 M.

D. Dung dịch NaOH 0,01 M.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

Giải Hóa 11 trang 22

Câu hỏi 6 trang 22 Hóa học 11: Đo PH của một cốc nước chanh được giá trị pH bằng 2,4. Nhận định nào sau đây không đúng?

A. Nước chanh có môi trường acid.

B. Nồng độ ion [H+] của nước chanh là 10-2,4 mol/L.

C. Nồng độ ion [H+] của nước chanh là 0,24 mol/L.

D. Nồng độ của ion [OH-] của nước chanh nhỏ hơn 10-7 mol/L.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

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

[H⁺] của nước chanh là 10^-pH = 10^-2,4 (loại B).

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

Câu hỏi 7 trang 22 Hóa học 11: Nước Javel (chứa NaClO và NaCl) được dùng làm chất tẩy rửa, khử trùng. Trong dung dịch, ion ClO^- nhận proton của nước để tạo thành HClO.

a) Viết phương trình hoá học của phản ứng xảy ra và xác định chất nào là acid, chất nào là base trong phản ứng trên.

b) Dựa vào phản ứng, hãy cho biết môi trường của nước Javel là acid hay base.

Lời giải:

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

ClO^- + H₂O ⇌ HClO + OH^-

Trong phản ứng trên ClO^- nhận H⁺ từ nước nên là base; H₂O là acid.

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

Hoạt động trang 23 Hóa học 11: Làm chất chỉ thị màu từ hoa đậu biếc/ bắp cải tím

Chuẩn bị:

- Hoa đậu biếc (khoảng 50 g) hoặc bắp cải tím thái nhỏ (khoảng 100 g).

- Cốc thuỷ tinh 250 mL, nước sôi, đũa thuỷ tinh, lưới/ vải lọc.

- Các cốc (đã được dán nhãn) đựng giấm ăn, nước C sủi, nước rửa bát, nước soda, nước muối.

- Giấy pH hoặc máy đo pH.

Tiến hành:

– Ngâm khoảng 50 g hoa đậu biếc/100 g bắp cải tím đã được chuẩn bị vào 100 mL nước sôi trong khoảng 10 phút. Lọc bằng lưới lọc hoặc vải lọc, thu được dung dịch. Dung dịch này được sử dụng làm chất chỉ thị.

– Dùng máy đo pH (hoặc giấy pH) xác định pH của các dung dịch.

- Cho vài giọt chất chỉ thị lần lượt vào các dung dịch: giấm ăn, nước C sủi, nước rửa bát, nước soda, nước muối và khuấy đều. Quan sát sự đổi màu của các dung dịch.

Hoàn thành thông tin theo mẫu bảng sau vào vở:

Lời giải:

IV: Sự thuỷ phân của các ion

Hoạt động trang 24 Hóa học 11: Cho các dung dịch sau: Na₂CO₃, AlCl₃, FeCl₃.

1. Dùng giấy pH xác định giá trị pH gần đúng của các dung dịch trên.

2. Nhận xét và giải thích về môi trường của các dung dịch trên.

Lời giải:

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 Na₂CO₃, ion Na⁺ không bị thuỷ phân, còn ion thuỷ phân trong nước tạo ra ion OH^- theo phương trình:

Vậy dung dịch Na₂CO₃ có môi trường base.

- Trong dung dịch AlCl₃ và FeCl₃, ion Cl^- không bị thuỷ phân, các ion Al³⁺ và Fe³⁺ bị thuỷ phân trong nước tạo ra ion H⁺ theo phương trình ở dạng đơn giản như sau:

Al³⁺ + H₂O ⇌ Al(OH)²⁺ + H⁺

Fe³⁺ + H₂O ⇌ Fe(OH)²⁺ + H⁺

Vậy các dung dịch AlCl₃ và FeCl₃ có môi trường acid.

Thực hành trang 25 Hóa học 11: Thực hành chuẩn độ acid – base

Chuẩn bị:

– Dung dịch HCl 0,1 M; dung dịch NaOH nồng độ khoảng 0,1 M; dung dịch phenolphthalein.

– Pipette 10 mL; burette 25 mL; bình tam giác 100 mL; bình tia nước cất; giá đỡ, kẹp burrete.

Tiến hành:

– Dùng pipette lấy 10 mL dung dịch HCl 0,1 M cho vào bình tam giác, thêm 1 – 2 giọt phenolphthalein.

– Cho dung dịch NaOH vào burette, điều chỉnh dung dịch trong burette về mức 0.

– Mở khoá burette, nhỏ từng giọt dung dịch NaOH xuống bình tam giác (lắc đều trong quá trình chuẩn độ) đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt (bền trong khoảng 10 giây) thì dừng chuẩn độ.

- Ghi lại thể tích dung dịch NaOH đã dùng.

Tiến hành chuẩn độ ít nhất ba lần, ghi số liệu thực nghiệm và hoàn thành vào vở theo mẫu bảng sau:

Lời giải:

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

Giải Hóa 11 trang 26

Câu hỏi 8 trang 26 Hóa học 11: Nêu một số điểm cần chú ý trong quá trình chuẩn độ.

Lời giải:

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.

Câu hỏi 9 trang 26 Hóa học 11: Nêu một số nguyên nhân có thể dẫn đến sai số trong quá trình chuẩn độ.

Lời giải:

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.

Lý thuyết Cân bằng trong dung dịch nước

1. Sự điện ly

a. Hiện tượng điện ly

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 các ion được gọi là chất điện li.

b. Chất điện ly

* Chất điện ly và chất không điện ly

Thí nghiệm trên cho thấy các chất như . ... n II. 17 II, Na*(aq) + OH(aq), HCl(aq) — Ví dụ: NaOH(aq) H*(aq) + C (aq) bì Chất đến lí mạnh và chất diễn là yếu

- Chất điện li là các chất tan trong nước phân là ra các ion. Ví dụ như hydrochloric acid, sodium hydroxide...

- Chất không điện li là các chất không phân li ra các ion. Ví dụ như Saccarose, ethanol,…

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

* Chất điện ly mạnh và chất điện ly 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 Ii ra ion. Các chất điện là mạnh thường gặp như: HCl, HNO₃,..(acid mạnh); NaOH, KOH,…(base mạnh); và 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.

- 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 như CH₃COOH, HClO,…(acid yếu) hay Cu(OH)₂, Fe(OH)₂,… (base yếu)

- Quá trình phần li của chất điện là yếu là một phản ứng thuận nghịch và được biểu diễn bằng hai nửa mũi tên ngược chiều nhau.

2. Thuyết ACID-BASE của BRONSTED — LOWRY

a. Khái niệm acid và base theo thuyết Bronsted – Lowry

Thuyết Bronsted – Lowry cho rằng acid là chất cho proton (H⁺) và base là chất nhận proton.

a. Ưu điểm của thuyết Bronsted – Lowry

Thuyết Bronsted – Lowry có nhiều ưu điểm hơn thuyết Arrhenius:

+ Thuyết Arrhenius chỉ đúng trong trường hợp dung môi là nước.

+ Thuyết Bronsted – Lowry có cái nhìn tổng quát hơn về axit và bazo, giúp ta giải thích được 1 số muối lại hoạt động như 1 bazo.

3. Khái niệm pH và ý nghĩa của pH trong cuộc sống

a. Khái niệm pH

pH là đại lượng thay thế cho những số có số mũ âm hoặc có nhiều chữ số thập phân khi dùng nồng độ ion H⁺ hoặc ion OH^- được dùng để đánh giá tính acid hoặc tính base của các dung dịch mà H⁺ hoặc OH^- thấp.

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.

Trong cơ thể của người, máu và các dịch của dạ dày, mật, .. đều có giá trị pH trong một khoảng nhất định. Chỉ số pH trong cơ thể có liên quan đến tình trạng sức khỏe. Nếu chỉ số pH tăng hoặc giảm đột ngột, không nằm trong giới hạn cho phép thì có thể là dấu hiệu ban đầu của bệnh lí, người bệnh cần được khám để tìm ra nguyên nhân.

Một số động vật sống dưới nước cần môi trường có giá trị pH thích hợp, ví dụ: tôm và cá ưa sống trong môi trường nước có pH khoảng 7,5 – 8,5.

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 qùy. phenolphthalein có màu sắc thay đổi trong các khoảng pH khác nhau.

4. Sự thủy phân của các ion

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.

5. 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.

Sơ đồ tư duy Cân bằng trong dung dịch nước

Xem thêm lời giải bài tập Hóa học lớp 11 Kết nối tri thức với cuộc sống hay, chi tiết khác:

Bài 3: Ôn tập chương 1

Bài 4: Nitrogen

Bài 5: Ammonia. Muối ammonium

Bài 6: Một số hợp chất của nitrogen với oxygen

Bài 7: Sulfur và sulfur dioxide