Giải chi tiết Hóa học 11 Cánh diều mới bài 3: pH của dung dịch. Chuẩn độ acid - base

MỞ ĐẦU

Các acid như acetic acid trong giấm ăn, citric acid trong quả chanh, oxalic acid trong quả khế đều tan và phân li trong nước. Chẳng hạn, acetic acid (CH3COOH) phân li theo phương trình sau:

CH₃COOH ⇌ CH₃COO + H+

a) Em hãy dự đoán vị chua của các acid trên được gây ra bởi ion nào.

b) Trong chế biến nước chấm, càng cho nhiều giấm ăn thì nước chấm càng chua. Khi đó, nồng độ của ion nào tăng lên?

c) Làm thế nào để xác định được nồng độ ion H+ trong dung dịch acid?

Hướng dẫn trả lời:

a) Vị chua của các acid trên được gây ra bởi ion H+.

b) Nồng độ của ion H+ tăng lên.

c) Để xác định được nồng độ ion H+ trong dung dịch acid cần xác định được pH của chất.

pH = -lg[H+]

I. pH CỦA DUNG DỊCH, CHẤT CHỈ THỊ

1. pH của dung dịch

Câu hỏi 1: Giải thích vì sao nước nguyên chất có môi trường trung tính.

Hướng dẫn trả lời:

Trong nước nguyên chất [H+] = [OH−] = 10⁻⁷ M.

pH = -lg[H+] = -lg[10⁻⁷] = 7

=> Nước nguyên chất có môi trường trung tính.

Câu hỏi 2: Giải thích vì sao khi thêm HCI vào nước nguyên chất thì dung dịch thu được có [H+] > 10⁷ M.

Hướng dẫn trả lời:

HCl là acid, khi thêm HCl tức là thêm một lượng H+ nên trong dung dịch có [H+] > [OH−]

=> [H+] > 10⁻⁷ M.

Luyện tập 1: Sử dụng máy tính cầm tay để tính:

a) pH của các dung dịch có nồng độ H+ lần lượt là 0,01 M; 0,5 M và 1 M

b) Nồng độ H+ của các dung dịch có pH lần lượt là 2,0; 7,4 và 14.

Hướng dẫn trả lời:

a) pH = -lg[H+] 

b) [H+] = 10^−pH

2. Ý nghĩa của pH trong thực tiễn

Luyện tập 2: Giải thích vì sao việc thiếu acid trong dạ dày là một nguyên nhân gây nên bệnh nhiễm khuẩn đường tiêu hoá.

Hướng dẫn trả lời:

Acid trong dạ dày là môi trường để các enzyme tiêu hóa hoạt động hiệu quả, acid có nhiệm vụ sát khuẩn, tiêu diệt các loại vi khuẩn trong thức ăn. Nếu thiếu acid trong dạ dày là các vi khuẩn sẽ không được tiêu diệt và gây nên các bệnh nhiễm khuẩn đường tiêu hóa.

Vận dụng 1: Vì sao có thể dùng thuốc muối NaHCO₃ khi điều trị bệnh thừa acid trong dạ dày?

Hướng dẫn trả lời:

NaHCO₃ dùng để làm thuốc trị đau dạ dày vì nó làm giảm hàm lượng dung dịch HCl có trong dạ dày.

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O.

Luyện tập 3: Đất nhiễm phèn có pH trong khoảng 4,5 - 5,0. Hãy giải thích vì sao người ta thường bón với bột (CaO) để cải tạo loại đất này.

Hướng dẫn trả lời:

Đất nhiễm phèn có pH trong khoảng 4,5 - 5,0 < 7 => Môi trường acid.

Người ta thường bón với bột (CaO) để cải tạo loại đất này vì CaO trong nước tạo môi trường kiềm (Ca(OH)₂) có tác dụng trung hòa acid trong đất.

Vận dụng 2: Em hãy tìm hiểu giá trị và ý nghĩa của chỉ số pH ở một số bộ phận trong cơ thể con người.

Hướng dẫn trả lời:

• Trong dịch vị dạ dày có chứa acid HCl với pH trong khoảng 1,5 - 3,5. Đây là khoảng pH thích hợp để các enzyme tiêu hóa hoạt động hiệu quả.
• pH bình thường của máu nằm trong khoảng từ 7,35 đến 7,45, là nồng độ tốt nhất để các tế bào trong cơ thể hoạt động bình thường.
• Độ pH của nước tiểu là chỉ tiêu cho biết khả năng của cơ thể nhằm duy trì độ pH thích hợp của máu. pH lý tưởng trong khoảng từ 6,5 đến 7,0 vào buổi tối trước khi ăn tối.
• Dịch mật là một chất lỏng có màu xanh hoặc vàng với độ pH khoảng 7 - 7,7. Dịch mật đóng vai trò rất quan trọng cho việc tiêu hóa thức ăn, nhất là tiêu hóa chất béo.

II. CHUẨN ĐỘ DỤNG DỊCH ACID VÀ BASE

Câu hỏi 3: Để trung hoà 10 mL dung dịch HCl nồng độ x M cần 50 mL dung dịch NaOH 0,5 M. Xác định giá trị của x.

Hướng dẫn trả lời:

n_NaOH = 0,5.50.10⁻³ = 0,025 mol

                  HCl + NaOH → NaCl + H₂O

số mol      0,025   0,025

Nồng độ mol dung dịch HCl là:

C_MddHCl = 

Thực hành: Chuẩn độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl với chỉ thị phenolphtalein

Yêu cầu: Quan sát hiện tượng, viết phương trình hóa học và xác định nồng độ dung dịch NaOH.

Hướng dẫn trả lời:

Hiện tượng dung dịch trong bình tam giác chuyển từ không màu sang màu hồng.

PTHH: NaOH + HCl → NaCl + H2O

Thể tích NaOH đã dùng là a mL.

nHCl = 0,1.10.10−3 = 0,001 mol

=> nNaOH = 0,001 mol

Nồng độ dung dịch NaOH là:

CMddNaOH = 

Luyện tập 4: Giải thích vì sao trong thí nghiệm chuẩn độ dung dịch NaOH bằng dung dịch HCl, ta kết thúc chuẩn độ ngay khi dung dịch trong bình tam giác chuyển từ không màu sang hồng (bền trong ít nhất 20 giây).

Hướng dẫn trả lời:

Ta kết thúc chuẩn độ ngay khi dung dịch trong bình tam giác chuyển từ không màu sang hồng (bền trong ít nhất 20 giây) vì lúc này HCl vừa được NaOH trung hòa hết, phần nhỏ NaOH khi được thêm tiếp sẽ làm phenolphtalein chuyển sang màu hồng.

Câu hỏi 5: Giả sử khi kết thúc chuẩn độ, thể tích dung dịch NaOH (tính trung bình sau 3 lần chuẩn độ) đã sử dụng ở burette là 10,27 mL. Tính nồng độ của dung dịch NaOH.

Hướng dẫn trả lời:

PTHH: NaOH + HCl → NaCl + H2O

Thể tích NaOH đã dùng là 10,27 mL.

nHCl = 0,1.10.10⁻³ = 0,001 mol

=> nNaOH = 0,001 mol

Nồng độ dung dịch NaOH là:

CMddNaOH = 

Vận dụng 3: Nước ép bắp cải tím có màu sắc phụ thuộc vào pH. Em hãy thiết lập bảng màu của nước ép bắp cải tím theo pH bằng cách sử dụng giấy chỉ thị phi và acid, base thích hợp.

Hướng dẫn trả lời:

BÀI TẬP

Bài 1: Để xác định nồng độ của một dung dịch HCl, người ta đã tiến hành chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1 M. Để chuẩn độ 10 mL dung dịch HCl này cần 20 mL dung dịch NaOH. Xác định nồng độ của dung dịch HCl trên.

Hướng dẫn trả lời:

n_NaOH = 0,1. 20.10⁻³ = 0,002 mol

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

=> n_HCl = 0,002 mol

Nồng độ của dung dịch HCl là:

C_MddHCl = 

Bài 2: Sưu tầm thông tin về ý nghĩa thực tiễn của pH trong đời sống và trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp.

Hướng dẫn trả lời:

• Đối với cơ thể

Cũng giống với khác sinh vật khác, cơ thể người cũng cần độ pH phù hợp để duy trì sự sống. Việc xác định nồng độ pH của cơ thể sẽ nói lên tình hình sức khỏe, môi trường sống và chế độ ăn uống thích hợp ở mỗi cá thể khác nhau.

Theo các nghiên cứu, cơ thể người mang tính chất kiềm với độ pH trong khoảng 7.3 - 7.4. Nếu cơ thể dần chuyển sang đặc tính axit sẽ là cơ hội để hàng loạt các loại bệnh mãn tính nguy hiểm khác xảy ra như bệnh tiểu đường, ung thư, các vấn đề về dạ dày và đường ruột,...

• Đối với các ngành công nghiệp

Có thể bạn không tin nhưng độ pH là yếu tố quyết định mùi vị thực phẩm được chế biến trong công nghiệp sản xuất. Người ta thường dùng pH để điều chỉnh mùi vị đạt chuẩn cho thực phẩm và các loại nước uống.

Không chỉ vậy, độ pH còn là mối quan tâm hàng đầu của ngành công nghiệp sản xuất mỹ phẩm. Tùy vào cơ địa mỗi cá nhân mà nhà sản xuất có thể tạo ra các sản phẩm với nồng độ pH khác nhau, phù hợp với nhu cầu của từng nhóm đối tượng.

• Trong đời sống sinh hoạt

Độ pH là thang đo để đánh giá những khía cạnh môi trường có thể làm ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống sinh hoạt thường nhật của con người. Chẳng hạn như việc sử dụng nguồn nước có nồng độ pH quá cao trong thời gian dài sẽ gây ra các bệnh như sỏi thận, sỏi mật,...

Độ pH trong nước cũng là nguyên do khiến các thiết bị, dụng cụ chứa nước hay đường ống dẫn nước của nhà bạn ngày một bị ăn mòn. 

Bài 3: Trong môi trường acid, diệp lục có màu vàng đến đỏ còn trong môi trường kiềm, diệp lục có màu xanh.

a) Giải thích vì sao khi vắt chanh vào nước luộc rau muống thì màu xanh của nước lại bị nhạt đi.

b*) Vì sao khi luộc bánh chưng, cho thêm một chút thuốc muối (NaHCO₃) sẽ làm lá dong gói bánh có màu xanh đẹp hơn?

Hướng dẫn trả lời:

a) Trong chanh có acid citric nên khi vắt chanh, diệp lục trong nước rau muống sẽ bị chuyển sang màu vàng làm màu xanh của nước bị nhạt đi.

b*) Khi luộc bánh chưng, cho thêm một chút thuốc muối (NaHCO3) có môi trường kiềm sẽ làm diệp lục trong lá dong gói bánh có màu xanh đẹp hơn.

Bài 4: Bình thường, chỉ số pH của nước tiểu ở người dao động trong khoảng 4,5 – 8,0. Nếu pH của nước tiểu giảm xuống dưới 4,5 thì có nghĩa là bị dư acid, còn cao hơn 8,0 thì có nghĩa là bị dư kiềm. Sỏi thận là khối chất rắn hình thành trong thận, gây đau khi ngăn cản dòng nước tiểu từ thận xuống niệu quản. Một trong các dấu hiệu của bệnh sỏi thận là nước tiểu bị dư acid hoặc dư kiềm. Đề xuất cách làm đơn giản để có thể tiên lượng bệnh sỏi thận.

Hướng dẫn trả lời:

Xét nghiệm pH của nước tiểu, pH của nước tiểu giảm xuống dưới 4,5 và cao hơn 8,0 thì có dấu hiệu bệnh sỏi thận => tiên lượng được bệnh sỏi thận.