Giải sách bài tập Hóa học 11 cánh diều bài 3: pH của dung dịch. Chuẩn độ acid - base

Câu 1: Điền thông tin thích hợp vào chỗ trống trong mỗi câu dưới đây.

Ở 25 °C, [H$^{+}$][OH$^{-}$]= ...(1)... luôn đúng đối với các dung dịch nước. Khi [H$^{+}$]...(2)... 1,0.10$^{-7}$ M thì dung dịch có tính acid; khi [H$^{+}$] nhỏ hơn ...(3).. thì dung dịch có tính base; khi [H$^{+}$] = 1,0.10$^{-7}$M, dung dịch ...(4).... Dùng dịch acid có ...(5)... nhỏ hơn 1,0.10$^{-7}$M, dung dịch base có [OH$^{-}$] lớn hơn ...(6)... và dung dịch trung tính có [OH$^{-}$]= ...(7)....

Hướng dẫn trả lời:

(1) 1,0.10$^{-14}$;           (2) lớn hơn;            (3) 1,0.10$^{-7}$ M;                   (4) trung tính; 

(5) [OH$^{-}$];                (6) 1,0.10$^{-7}$ M;                  (7) 1,0.10$^{-7}$ M.

Câu 2: Những phát biểu nào dưới đây là đúng?

(a) Để so sánh mức độ acid giữa các dung dịch có thể dựa vào nồng độ dung dịch acid nào có nồng độ lớn hơn sẽ có tính acid mạnh hơn.

(b) Trong các dung dịch có cùng nồng độ, dung dịch nào có tính acid mạnh hơn sẽ có nồng độ ion H$^{+}$ lớn hơn và pH lớn hơn.

(c) Trong các dung dịch có cùng nồng độ, dung dịch nào có nồng độ ion OH$^{-}$ lớn hơn và pH nhỏ hơn sẽ có tính base lớn hơn.

(d) Trong các dung dịch có cùng nồng độ, dung dịch nào có tính acid mạnh hơn sẽ có nồng độ ion H$^{+}$ lớn hơn và pH nhỏ hơn.

(e) Trong các dung dịch có cùng nồng độ, dung dịch có nồng độ ion H$^{+}$ nhỏ và pH cao sẽ có tính acid yếu hơn.

(g) Trong một dãy các dung dịch có cùng nồng độ được sắp xếp theo tính acid tăng dần thì nồng độ ion OH$^{-}$ sẽ giảm dần và Ka tăng dần.

Hướng dẫn trả lời:

Phát biểu đúng: (d), (e), (g).

• (a) sai. Để so sánh mức độ acid giữa các dung dịch có thể dựa vào dung dịch acid nào có nồng độ ion H$^{+}$ lớn hơn sẽ có tính acid mạnh hơn.

• b) sai. Trong các dung dịch có cùng nồng độ, dung dịch nào có tính acid mạnh hơn sẽ có nồng độ ion H$^{+}$ lớn hơn và pH nhỏ hơn.

• c) sai. Trong các dung dịch có cùng nồng độ, dung dịch nào có nồng độ ion OH$^{-}$ lớn hơn và pH cao hơn sẽ có tính base lớn hơn.

Câu 3: Nối các đặc điểm ở cột A với chiều thay đổi tính acid, base tương ứng ở cột B cho phù hợp.

Đề xuất cách có thể thực hiện để làm tăng tính acid hoặc làm tăng tính base của dung dịch từ dung dịch trung tính. Bằng cách nào để có thể biết được tính acid hoặc tính base tăng lên?

Hướng dẫn trả lời:

a, c, e - 1 ; b, d, g - 2.

Sử dụng acid mạnh thêm vào dung dịch trung tính để làm tăng tính acid. Dùng giấy chỉ thị acid – base để thử thấy màu giấy vàng đậm dần rồi sang đỏ nếu môi trường acid rất mạnh.

Sử dụng base mạnh thêm vào dung dịch trung tính để làm tăng tính base. Dùng giấy chỉ thị acid – base để thử thấy màu giấy chỉ thị acid – base xanh đậm dần rồi chuyển tím nếu môi trường base rất mạnh.

Câu 4: Một dung dịch có pH = 11,7. Nồng độ ion hydrogen (H$^{+}$) của dung dịch là

A. 2,3 M.            B. 11,7 M.            C. 5,0.10$^{-3}$ M.              D. 2,0.10$^{-12}$ M.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án D.

pH = -lg[[H$^{+}$] hay [H$^{+}$] = 10$^{-pH}$ = 10$^{-11,7}$ = 2,0.10$^{-12}$ M.

Câu 5: Giá trị pH của một dung dịch tăng từ 3 lên 5. Những nhận định nào sau đây là sai?

(a) Nồng độ ion H$^{+}$ của dung dịch giảm 20 lần.

(b) Nồng độ ion OH$^{-}$ của dung dịch khi pH = 5 là 10$^{-9}$ M.

(c) Nồng độ ion H$^{+}$ của dung dịch khi pH = 3 là 10$^{-3}$ M.

(d) Dung dịch ban đầu là một acid có nồng độ 0,001 M.

(e) Dung dịch ban đầu là một base có nồng độ 0,001 M.

Hướng dẫn trả lời:

Nhận định sai: (a), (e).

pH = -lg[[H$^{+}$] hay [H$^{+}$] = 10$^{-pH}$

* Dung dịch ban đầu: [H$^{+}$] = 10$^{-pH}$ = 10$^{-3}$ M > 10$^{-7}$ M

=> Dung dịch ban đầu có môi trường acid. 

=> (e) sai.

* Dung dịch lúc sau: [H$^{+}$] = 10$^{-pH}$ = 10$^{-5}$ M

[H$^{+}$][OH$^{-}$] = 10$^{-14}$ => [OH$^{-}$] = 10$^{-14}$/10$^{-5}$ = 10$^{-9}$

Nồng độ ion [H$^{+}$] giảm: 10$^{-3}$/10$^{-5}$ = 100 lần.

=> (a) sai.

Câu 6: Calcium hydroxide răn được hoà tan trong nước cho tới khi pH của dung dịch đạt 10,94. Nồng độ của ion hydroxide (OH$^{-}$) trong dung dịch là

A. 1,1.10$^{-11}$ M.         B. 3,06 M.          C. 8,7.10$^{-4}$ M.          D. 1,0.10$^{-14}$ M.

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C.

[H$^{+}$] = 10$^{-pH}$ = 10$^{-10,94}$ = 1,15.10$^{-11}$ M

[H$^{+}$][OH$^{-}$] = 10$^{-14}$ => [OH$^{-}$] = 10$^{-14}$/1,15.10$^{-11}$ = 8,7.10$^{-4}$.

Câu 7: Bảng dưới đây là kết quả đo pH của các dung dịch bằng máy đo pH. Xác định tính acid, base hay trung tính và màu của giấy chỉ thị pH khi dùng để thử vào hai cột còn trống trong bảng dưới đây.

Hướng dẫn trả lời:

Câu 8: Một dung dịch X thu được bằng cách thêm 50,0 mL dung dịch HBr 0,050 M vào 150,0 mL dung dịch HI 0,100 M. Tính nồng độ H$^{+}$ và pH của dung dịch X. Biết HBr và HI đều được coi là acid mạnh.

Hướng dẫn trả lời:

Số mol H$^{+}$ trong 50 mL HBr là: 0,05.0,050 = 2,5.10$^{-3}$ (mol).

Số mol H$^{+}$ trong 150 mL HI là: 0,15.0,100 = 1,5.10$^{-2}$ (mol).

Nồng độ H$^{+}$ của dung dịch X là:

[H$^{+}$] = $\frac{2,5.10^{-3}+1,5.10^{-2}}{0,05+0,15}$ = 0,0875 (M); 

pH = -lg(0,0875) = 1,06.

Câu 9: Xác định pH của dung dịch thu được sau khi thêm 25,0 mL dung dịch NaOH 0,1 M vào 50,0 mL dung dịch HCl 0,1 M.

Hướng dẫn trả lời:

Số mol NaOH thêm vào là: n = C$_{M}$.V = 0,1.25,0.10$^{-3}$ = 2,5.10$^{-3}$ mol

Số mol HCl ban đầu là: n = C$_{M}$.V = 0,1.50,0.10$^{-3}$ = 5.10$^{-3}$ mol.

                                       H$^{+}$   +   OH$^{-}$  →  H$_{2}$O

Ban đầu (mol):             5.10$^{-3}$        0

Phản ứng (mol):         2,5.10$^{-3}$       2,5.10$^{-3}$     

Sau phản ứng (mol):  2,5.10$^{-3}$       0                        

Vậy pH = -lg$\left ( \frac{2,5.10^{-3}}{0,025+0,05} \right )$ = 1,48.

Câu 10: Ở 25 °C, pH của một dung dịch Ba(OH)$_{2}$ là 10,66. Nồng độ ion hydroxide (OH$^{-}$) trong dung dịch là bao nhiêu? Để thu được 125 mL dung dịch Ba(OH)$_{2}$ trên thì khối lượng Ba(OH)$_{2}$ cần phải hoà tan là bao nhiêu (bỏ qua sự thay đổi thể tích nếu có)?

Hướng dẫn trả lời:

Nồng độ OH$^{-}$ là: 

$\frac{10^{-14}}{10^{-10,66}}=10^{-34}=4,57.10^{-4}$ (M).

Nồng độ của Ba(OH)$_{2}$ tương ứng là: 2,285.10$^{-4}$ M.

Để thu được 125 mL dung dịch Ba(OH)$_{2}$ thì khối lượng Ba(OH)$_{2}$ cần hoà tan là:

2,285.10$^{-4}$.125.10$^{-3}$.171 = 4,884.10$^{-3}$ (g).

Câu 11: Cho ba dung dịch có cùng nồng độ: hydrochloric acid (HCl), ethanoic acid (acetic acid, CH$_{3}$COOH) và sodium hydroxide (NaOH). Khi chuẩn độ riêng một thể tích như nhau của dung dịch HCl và dung dịch CH$_{3}$COOH bằng dung dịch NaOH, phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Trước khi chuẩn độ, pH của hai acid bằng nhau.

B. Tại các điểm tương đương, dung dịch của cả hai phép chuẩn độ đều có giá trị pH bằng 7.

C. Cần cùng một thể tích sodium hydroxide để đạt đến điểm tương đương.

D. Giá trị pH của hai acid tăng như nhau cho đến khi đạt điểm tương đương

Hướng dẫn trả lời:

Chọn đáp án C. 

Cả hydrochloric acid và ethanoic acid (acetic acid) đều là acid đơn chức nên khi các thể tích và nồng độ bằng nhau của các acid này được chuẩn độ bằng sodium hydroxide thì cần cùng một thể tích base để đạt đến điểm tương đương.

Câu 12: a) Cốc A chứa 50 mL dung dịch KOH 0,10 M được chuẩn độ với dung dịch HNO$_{3}$ 0,10 M. Sau khi thêm 52 mL dung dịch HNO$_{3}$ vào, pH của dung dịch trong cốc A là

A. 2,80.                       B. 2,71.                     C. 2,40.                     D. 3,00.

b) Chuẩn độ 100,0 mL dung dịch NaOH 0,1 M bằng dung dịch HCl 1,0 M. Thể tích dung dịch HCl cần thêm để dung dịch thu được có pH = 12 là

A. 8,91 mL.                 B. 8,52 mL.                  C. 9,01 mL.                 D. 8,72 mL.

Hướng dẫn trả lời:

a) Chọn đáp án B.

pH = -lg[H$^{+}$] = -lg$\left ( \frac{(0,1.52.10^{-3}-0,1.50.10^{-3}}{52.10^{-3}+50.10^{-3}} \right )$ = 2,71.

b) Chọn đáp án A.

Sau phản ứng: [H$^{+}$] = 10$^{-pH}$ = 10$^{-12}$ M.

[OH$^{-}$] = $\frac{10^{-14}}{10^{-12}}$ = 0,01 M.

Gọi thể tích dung dịch HCl cần dùng là x (L)

NaOH    +     HCl     →     NaCl    +    H$_{2}$O

Ban đầu (mol):            0,01                x

Phản ứng (mol):             x                  x

Sau phản ứng (mol): 0,01 - x

Nồng độ mol OH$^{-}$ sau phản ứng là: $\frac{0,01-x}{0,1+x}$ = 0,01

=> x = 8,91.10$^{-3}$ L = 8,91 mL.

Câu 13: Một mẫu dung dịch H$_{2}$SO$_{4}$ (gọi là mẫu A) được phân tích bằng cách thêm 50,0 mL dung dịch NaOH 0,213 M vào 100 mL dung dịch mẫu A rồi lắc đều. Sau khi phản ứng xảy ra, người ta thấy trong hỗn hợp dung dịch còn dư ion OH$^{-}$. Phần ion dư này cần 13,21 mL HCl 0,103 M để trung hoà. Tính nồng độ mol L$^{-1}$ của mẫu A.

Hướng dẫn trả lời:

Phương trình hoá học của các phản ứng xảy ra như sau:

2NaOH + H$_{2}$SO$_{4}$ → Na$_{2}$SO$_{4}$ + 2H$_{2}$O

HCl + NaOH → NaCl + H$_{2}$O

Số mol NaOH thêm vào 100 mL dung dịch H$_{2}$SO$_{4}$ là:

0,05.0,213=1,065.10$^{-2}$ (mol).

Số mol NaOH được trung hòa bởi HCl là: 0,01321.0,103 = 1,361.10$^{-3}$ (mol).

Số mol NaOH được trung hoà bởi 100mL dung dịch H$_{2}$SO$_{4}$ là:

1,065.10$^{-2}$ - 1,361.10$^{-3}$ = 9,289.10$^{-3}$ (mol).

Vậy nồng độ H$_{2}$SO$_{4}$ trong mẫu phân tích là: 

$\frac{9,289.10^{-3}}{2.0,1}$ = 0,0464 (M).

Câu 14: a) Lan thực hiện phép chuẩn độ 50,00 mL dung dịch acid nồng độ 0,10 M bằng dung dịch NaOH cùng nồng độ (0,10 M), Lan rất ngạc nhiên khi thấy phải cần 100 mL dung dịch NaOH để đạt tới điểm tương đương. Em hãy giải thích thắc mắc cho Lan.

b) Trong một thí nghiệm khác, Lan thực hiện chuẩn độ 10,00 mL HCl 0,020 M. Một lần nữa, Lan rất ngạc nhiên khi chỉ cần 5,00 mL một base mạnh cùng nồng độ 0,020 M để phản ứng hoàn toàn với 10,00 mL HCl đó. Em hãy giải thích cho Lan vì sao không cần một lượng tương đương là 10,00 mL base mà chỉ cần 5,00 mL?

Hướng dẫn trả lời:

a) Acid đó là acid hai lần acid. Ví dụ H$_{2}$SO$_{4}$.

b) Base có khả năng nhận 2 proton (chứa hai nhóm –OH). Ví dụ Ca(OH)$_{2}$, Ba(OH)$_{2}$. 

Câu 15: a) 10 mL dung dịch sulfuric acid 5.10$^{-3}$M được cho vào một bình định mức dung tích 100 mL.

a1) Tính pH của dung dịch sulfuric acid (cho rằng H$_{2}$SO$_{4}$ là acid mạnh phân li trong nước hoàn toàn cả hai proton H$^{+}$).

(a2) Thêm nước vào đến vạch của bình định mức thu được 100 mL dung dịch. Xác định pH của dung dịch đã pha loãng.

b) Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa sulfuric acid với dung dịch sodium hydroxide.

c) Dung dịch pha loãng ở phần a2 được dùng để chuẩn độ 25,0 mL dung dịch sodium hydroxide 1,00.10$^{-4}$ M.

c1) Dự đoán hiện tượng quan sát được khi chuẩn độ đạt đến điểm tương đương nếu dùng phenolphthalein làm chất chỉ thị cho phép chuẩn độ trên.

c2) Xác định thể tích acid cần dùng khi phép chuẩn độ kết thúc.

Hướng dẫn trả lời:

a1) [H$^{+}$] = 2.5.10$^{-3}$ = 10$^{-2}$ (M); pH = -lg(10$^{-2}$) = 2.

a2) [H$^{+}$] = $\frac{2.5.10^{-3}.10}{100}$ = 10$^{-3}$ (M); pH = -lg(10$^{-3}$) = 3.

Hoặc  pH = 3 vì dung dịch được pha loãng 10 lần.

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

H$_{2}$SO$_{4}$ + 2NaOH → Na$_{2}$SO$_{4}$ + 2H$_{2}$O

c1) Nhỏ 1 giọt phenolphthalein vào dung dịch NaOH, dung dịch có màu hồng. Chuẩn độ bằng dung dịch H$_{2}$SO$_{4}$, màu hồng sẽ nhạt dần, khi đạt tới điểm tương đương sẽ mất màu.

c2) Thể tích dung dịch acid cần dùng là:

$25.1,00.10^{-4}:10^{-3}$ = 2,5 mL.

Câu 16: Nồng độ carbon dioxide (CO$_{2}$) trong khí quyển đã tăng khoảng 20% trong thế kỉ qua. Giả sử các đại dương của Trái Đất tiếp xúc với khí CO$_{2}$ trong khí quyển, lượng CO$_{2}$ tăng lên có thể có ảnh hưởng gì đến pH của các đại dương trên thế giới? Sự thay đổi này có thể ảnh hưởng gì đến cấu trúc đá vôi (chủ yếu là CaCO$_{3}$) của các rạn san hô và vỏ sò biển?

Hướng dẫn trả lời:

Khí carbon dioxide tan trong nước theo phương trình hoá học sau:

CO$_{2}$(g) + H$_{2}$O(1) ⇌ H$_{2}$CO$_{3}$(aq)

H$_{2}$CO$_{3}$(aq) + H$_{2}$O(l) → HCO$_{3}$$^{-}$(aq) + H$_{3}$O$^{+}$(aq)

Nếu con người tiếp tục phát thải CO$_{2}$, các cân bằng trên chuyển dịch tạo ra nhiều [H$^{+}$] hơn, làm pH của nước biển giảm, tức là nước biển càng bị acid hoá. Điều này ảnh hưởng đến môi trường sinh sống của các sinh vật biển. Nếu pH của nước biển càng thấp có thể dẫn đến sự hoà tan của các rạn san hô, vỏ sò, vỏ hàu,...

Câu 17: Oxygen được dẫn truyền trong cơ thể là do khả năng liên kết của oxygen trong với hồng cầu trong máu theo cân bằng sau:

HbH$^{+}$(aq) + O$_{2}$(aq) ⇌ HbO$_{2}$(aq) + H$^{+}$(aq)

Độ pH của máu người bình thường được kiểm soát chặt chẽ trong khoảng 7,35 – 7,45. Dựa vào cân bằng trên, giải thích vì sao việc kiểm soát pH của máu người lại quan trọng. Điều gì sẽ xảy ra với khả năng vận chuyển oxygen của hồng cầu nếu máu trở nên quá acid (một tình trạng nguy hiểm được gọi là nhiễm toan hay nhiễm độc acid)?

Hướng dẫn trả lời:

Oxygen được dẫn truyền trong cơ thể là do khả năng liên kết của oxygen với hồng cầu trong máu theo cân bằng sau:

HbH$^{+}$(aq) + O$_{2}$(aq) ⇌ HbO$_{2}$(aq) + H$^{+}$(aq)      (1)

Theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier, nếu nồng độ H$^{+}$ tăng, cân bằng (1) sẽ chuyển dịch sang trái; nếu nồng độ H$^{+}$ giảm, cân bằng (1) sẽ chuyển dịch sang phải. Vì vậy, nếu pH của máu quá thấp (nồng độ H$^{+}$ cao), cân bằng sẽ chuyển dịch sang trái. Điều này khiến trong máu có ít HbO$_{2}$ nên khả năng vận chuyển oxygen của hồng cầu sẽ giảm.

Câu 18: Acetic acid (CH$_{3}$COOH) là một acid yếu.

a) Thế nào là một acid yếu? Viết phương trình hoá học của phản ứng giữa acetic acid với nước.

b) Giải thích vì sao giấm ăn (thành phần chính là acetic acid) thường được dùng để làm sạch cặn bám ở đáy ấm đun nước hoặc phích nước được dùng để chứa nước sôi.

Hướng dẫn trả lời:

a) Acid yếu không phân li hoàn toàn;

CH$_{3}$COOH + H$_{2}$O ⇌ CH$_{3}$COO$^{-}$ + H$_{3}$O$^{+}$

b) Lớp cặn ở đáy ấm đun nước là CaCO$_{3}$ nên người ta dùng giấm ăn (thành phần chính là acetic acid) CH$_{3}$COOH để hòa tan các chất cặn này.

2CH$_{3}$COOH + CaCO$_{3}$ → Ca(CH$_{3}$COO)$_{2}$ + CO$_{2}$ + H$_{2}$O