SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "GIẢI BÀI TOÁN TÍNH PH CỦA DUNG DỊCH - PHÉP LẤY GẦN ĐÚNG ÁP DỤNG TRONG BÀI TOÁN TÍNH PH" A- ĐẶT VẤN ĐỀ I- Lý do chọn đề tài Môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng hóa học, tới khả năng xảy ra phản ứng hóa học .Vì vậy có ý nghĩa rất lớn trong vận dụng thực tế của nghiên cứu hóa học và ứng dụng thực tế sản xuất. Có lẽ vì thế bài tập pH rất phổ biến và đồng thời là dạng bài tập khó với học sinh . Với giáo viên bồi dưỡng học sinh giỏi việc tìm kiếm tài liệu và hệ thống kiến thức để có thể bồi dưỡng cho học sinh đòi hỏi ở giáo viên tâm huyết và công sức rất lớn. Hiện nay với các kỳ thi học sinh giỏi quan trọng như : ‘‘ Giải toán trên máy tính cầm tay casio môn hóa học’’ và “thi học sinh giỏi cấp tỉnh” cũng thường xuyên kiểm tra học sinh dạng bài tập pH. Từ các lý do trên tôi chọn đề tài “GIẢI BÀI TOÁN TÍNH pH CỦA DUNG DỊCH- CÁC PHÉP LẤY GẦN ĐÚNG ÁP DỤNG TRONG BÀI TOÁN TÍNH pH” làm đề tài nghiên cứu nhằm mục đích bồi dưỡng và tổng hợp kiến thức phục vụ cho giảng dạy với hy vọng có thể nâng cao kiến thức cho bản thân và phục vụ có chất lượng hơn cho công tác giảng dạy của tôi trong thời gian tiếp theo. II- Thực trạng của vấn đề Qua quá trình giảng dạy tôi nhận thấy mặc dù được tiếp xúc với các dạng bài toán pH rất nhiều nhưng cũng rất nhiều học sinh vẫn lúng túng với sự đa dạng và phức tạp của bài toán pH. Với học sinh, bài tập về pH trong nhiều trường hợp vẫn là bài tập khó. Học sinh ở THPT lượng tài liệu về bài tập pH khó còn hạn chế, kể cả khi được nghiên cứu các tài liệu thì việc nhận dạng bài tập pH và áp dụng công thức của học sinh còn lúng túng. Từ đó qua kinh nghiệm giảng dạy tôi đưa ra một số phương pháp giải với các dạng bài tập pH cụ thể và phép lấy gần đúng trong bài toán pH để học sinh hiểu được bản chất của công thức mà học sinh thường chỉ máy móc vận dụng vì thế cũng dễ quên. Từ đó giúp học sinh hiểu được công thức và vận dụng các công thức phù hợp với các dạng bài tập. B- NỘI DUNG ĐỀ TÀI I- CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.1.Khái niệm axit – bazơ theo thuyết A-RÊ-NI-UT - Axit: Là chất khi tan trong nước phân li ra cation H + . Ví dụ: HCl → H + + Cl - . CH 3 COOH  H + + CH 3 COO - - Bazơ: Là chất khi tan trong nước phân li ra ion OH - . Ví dụ : NaOH → Na + + OH - Ba(OH) 2 → Ba 2+ + 2OH - I.2.Khái niệm axit – bazơ theo thuyết BRON-STÊT - Axit là chất nhường proton (H + ). Bazơ là chất nhận proton. Axit  Bazơ + H + Ví dụ : CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - Axit bazơ NH 3 + H 2 O  NH 4 + + OH - I.3. pH và pOH [H + ] = 10 -pH M Hay pH = -lg [H + ] - tương tự ta có: pOH = -lg[OH - ] và pK = - lgK. (Vì: [H + ][O H - ] = 10 -14 nên pH + pOH = 14) I.4. Vấn đề chung về chất điện li trong dung dịch: I.4.1. Đ ộ điện li và hằng số điện li. I.4.1. 1. Đ ộ điện li α Là tỷ số giữa số mol (n) của chất đã điện li thành ion với tổng số mol (n 0 ) của chất tan trong dung dịch: o n n = α (2.2) Nếu chia cả hai số hạng của biểu thức (2.2) cho thể tích V của dung dịch thì: chatdienli phânli C C = α α : có các giá trị giao động từ 0 đến 1: α = 0 đối với chất không điện li. α = 1 đối với chất điện li hoàn toàn. 0 < α < 1 : chất điện li yếu I.4.1.2. Hằng số điện li: aA + bB  cC + dD K c = dc ba DC BA ][][ ][][ ở đây, [i] chỉ nồng độ của cấu tử i trong dung dịch ở trạng thái cân bằng. I.4.2. Phân loại chất điện li: I.4.2.1. Chất điện li mạnh * Khái niệm : Là chất khi tan trong nứơc các phân tử hoà tan đều phân li ra ion * Độ điện li α = 1 * Các chất điện li mạnh là : - Các Bazơ mạnh : , NaOH, KOH, RbOH, CsOH, FrOH, Ca(OH) 2 , Sr(OH) 2 , Ba(OH) 2 (nấc 1). - Các axit mạnh : HCl, HBr, HI, HSCN, HClO 3 , HBrO 3 , HNO 3 , H 2 SO 4 (Nấ c 1), H Cl O 4 - Hầu hết các muối : NaNO 3 , NaCl, Al(NO 3 ) 3 … I.4.2.2. Chất điện li yếu * Khái niệm : Là chất khi tan trong nước chỉ có một số phần tử số phân tử hoà tan phân li ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng phân tử trong dung dịch . * Độ điện li : 0 < α < 1 * Các chất điện li yếu là : - Các axit yếu : CH 3 COOH, HClO, H 2 S, HF, H 2 SO 3 … - Các bazơ yếu : Bi(OH) 3 , Mg(OH) 2 … * Cân bằng điện li - Sự điện li của chất điện li yếu là quá trình thuận nghịch. Cân bằng điện li là cân bằng động. Ví dụ : CH 3 COOH  CH 3 COO - + H + I-5. Những định luật cơ bản áp dụng I-5.1. Đ ịnh luật bảo toàn nồng đ ộ Qui ước biểu diễn nồng độ trong dung d ị ch: Trong dung dịch các chất điện li, nồng độ các chất thường được biểu diễn theo nồng độ mol/lit. Sau đây là một số qui ước về cách biểu diễn nồng độ : + Nồng độ gốc C 0 : là nồng độ các chất trước khi đưa vào hỗn hợp phản ứ ng. + Nồng độ ban đầu C 0 : là nồng độ các chất trong hỗn hợp, trước khi phản ứ ng xảy ra: ∑ = i ioi o i V VC C . (3.1) + Nồng độ ban đầu C: là nồng độ các chất sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn (nhưng hệ chưa đạt đến trạng thái cân bằng). Trong trường hợp không có phản ứ ng xảy ra thì C và C 0 chỉ là m ộ t. + Nồng độ cân bằng [ ]: là nồng độ các chất khi hệ đạt đến trạng thái cân b ằ ng. - Đ ịnh luật bảo toàn nồng độ ( ĐLBTNĐ ) ban đầu: Phát biểu định luật: Nồng độ ban đầu của một cấu tử bằng tổng nồng độ cân bằng của các dạng tồn tại của cấu tử đó có mặt trong dung dịch. Ví dụ : Cho dung dịch KH 2 PO 4 nồng độ C mol/l. Viết biểu thức bảo toàn n ồ ng độ ban đầ u. Các quá trình điện li xảy ra trong dung d ịc h : Biểu thức Đ LBTN Đ đối với H 2 PO 4 : I-5.2. Đ ịnh luật bảo toàn điện tích:( Đ LBT Đ T) Đ LBT Đ T được phát biểu dựa trên nguyên tắc các dung dịch có tính trung hòa về điện: Tổng đ iện tích âm của các anion phải bằng tổng điện tích dương của các cation. Trong đó, [i] : nồng độ của ion i lúc cân bằng Z i : điện tích của ion i Ví dụ : Viết biểu thức Đ LBT Đ T cho dung dịch KH 2 PO 4 nồng độ C mol/l Trong dung dịch có các ion: K + , H + , H 2 PO 4 - , HPO 4 2- , PO 4 3- , OH - Biểu thức ĐLBTĐT: I-5.3. Đ ịnh luật tác dụng khối l ư ợ ng - Phát biểu định luật: ở trạng thái cân bằng tỉ số giữa tích của nồng độ các chất tạo thành sau phản ứng với số mũ thích hợp bằng hệ số tỉ lượng của nó, trên tích nồng độ của các chất phản ứng với lũy thừa thích hợp là một hằng số ở nhiệt độ và áp suất đã cho. - Biểu diễn Đ LTDKL đối với cân bằng axit-baz ơ : + Cân bằng phân li của axit: K a là hằng số phân li axit (hay gọi tắt là hằng số axit). + Cân bằng phân li của baz ơ : K b là hằng số phân li bazơ (hay gọi tắt là hằng số baz ơ ) . - Tổng hợp cân b ằ ng: Trong thực tế, chúng ta thường gặp những cân bằng phức tạp từ những cân b ằ ng riêng lẻ. Sau đây là một số ví dụ tổng hợp cân b ằ ng: + Biểu diễn cân bằng theo chiều nghịch: Quá trình thuận: Quá trình nghịch: áp dụng ĐLTDKL: Như vậy, hằng số cân bằng nghịch bằng giá trị nghịch đảo của hằng số cân bằng thu ậ n. + Cộng cân b ằ ng: Cho: Tính hằng số cân bằng: Cân bằng (3.4) là cân bằng tổng của hai cân bằng (3.2) và (3.3) Hằng số cân bằng tổ hợp khi cộng các cân bằng với nhau bằng tích các cân hằng số của các cân bằng riêng lẻ. + Nhân cân bằng với một thừa số n ( n= -2, -1, 1, 2, …) Khi nhân cân bằng với một thừa số n bất kì sẽ tương đương với việc cộng n l ần của cân bằng đó. Do đó, hằng số của cân bằng tổ hợp (hằng số của cân bằng kh i nhân với thừa số n) bằng hằng số của cân bằng gốc lũy thừa n l ần. Ví dụ : Khi nhân cân bằng (3.2) với thừa số n, ta được cân bằng tổ hợp : Hằng số cân bằng k n = K 1 n . I-5.4. Đ ịnh luật bảo toàn proton (điều kiện proton) Đ ây là trường hợp riêng của Đ LBTN Đ và Đ LBT Đ T áp dụng cho các hệ ax it -bazơ : Phát biểu định lu ậ t: Nồng độ proton trong dung dịch lúc cân bằng bằng hiệu gi ữ a tổng nồng độ proton giải phóng ra và tổng nồng độ proton thu vào ở mức không. Đ ể thuận tiện cho việc tính toán, người ta thường chọn mức không là trạng thái ở đó nồng độ của các cấu tử chiếm ưu thế. Ví dụ : Viết biểu thức Đ KP cho dung dịch KH 2 PO 4 nồng độ C mol/l Chọn mức không: H 2 PO 4 - và H 2 O II-Dạng 1 : Tính pH của dung dịch axít mạnh, dung dịch bazơ mạnh II.1.Tính pH của dung dịch axít mạnh [...]... => [OH-]2 - Cb [OH-] - 1 0-1 4 = 0 (II.5) Giải ph ơng trình bậc 2 trên để có giá trị của [OH-] pH = 14 + lg[OH-]  Ví dụ 2 : Tính pH của các dung dịch bazơ a Dung dịch Ba(OH)2 0,01M ; b Dung dịch KOH 2,5.1 0-7 M c Dung dịch NaOH 1 0-8 M Hướng dẫn : a Ba(OH)2 0,01  b → Ba2+ + 2OH0,02 pH = 14 + lg[OH-] = 14 + lg(0,02) = 12,3 Cb = 2,5.1 0-7 < 4,47.1 0-7 không thể bỏ qua sự ph n li của H2O áp dụng ph ơng trình... li của H2O áp dụng ph ơng trình (II.5) ta có: [OH-]2 -2 ,5.1 0-7 [OH-] - 1 0-1 4 = 0 => [OH-] = 2,85 1 0-7  pH = 14 + lg[OH-] = 14 + lg(2,85 1 0-7 ) = 7,455 [OH-]2 -1 0-8 [OH-] - 1 0-1 4 = 0 c tương tự câu b : => [OH-] = 1,0512 1 0-7  pH = 14 + lg[OH-] = 14 + lg(1,0512 1 0-7 ) = 7,022 III.Dạng 2: Tính pH của dung dịch axít yếu và bazơ yếu III.1 .Tính pH của dung dịch axít yếu : Kí hiệu : axít yếu là A, bazơ liên... tương tự như bài toán tính pH của dung dịch chứa dồng thời axit yếu và bazơ yếu Ví dụ 8 : Tính pH của dung dịch NaHCO 3 0,5M biết axit cabonic có các hằng số điện li axit là : K1 = 4,3.1 0-7 , K2 = 4,8.1 0-1 1 Hướng dẫn : - A1 là HCO 3- có KA1 = K2 HCO 3- ⇔ H+ + CO3 2- - B2 là HCO 3- : HCO 3- + H2O ⇔ H2CO3 + OH- 10 -1 4 K a1 KB2 = = 10 -1 4 4,3.10 -7 =2,325.1 0-8 KA2 = K1 = 4,3.1 0-7 - Thử các ph p gần đúng : KA1... Ca và áp dụng công thức (III.8) ta có : => [H + ] = Ka.Ca = => pH= - lg [H + ] = - lg 0,2.4.10 -4 = 0,8944 1 0-2 [0,8944.10 -2 ] = * Ph t triển bài toán : 2,05 Có thể áp dụng ph p lấy gần đúng và các công thức tương tự cho các dạng bài tập: Bài toán tính pH của dung dịch muối tạo bởi cation của bazơ yếu và gốc axít mạnh Ví dụ 4 Coi trong dung dịch Fe3+ chỉ tồn tại sự điện li được biễu diễn bằng ph ơng... = 0,01 > 4,47.1 0-7 nên có thể xem sự ph n li của H2O không đáng kể [H+] = Ca = 0,01 b => pH = - lg[H+] = 2 Ca = 2.1 0-7 < 4,47.1 0-7 ( không thể bỏ qua sự ph n li của H2O ) áp dụng ph ơng trình (II.2) ta có : [H+] 2 - [H+] [A-] - 1 0-1 4 = 0 => [H+] = 2,414.1 0-7 hoặc [H+] = -4 ,142.1 0-8 ( loại ) => pH = -lg[H+] = -lg(2.414.1 0-7 ) = 6,617 II.2 .Tính pH của dung dịch bazơ mạnh : Trong dung dịch bazơ mạnh... -4 ,65.0,1 + 10 -4 ,76.0,1 • NH4+ + OH>380 ; C b2 K b2 Kb2 = 10 -1 4 10 −9, 24 = 1 0-4 ,76 >380 áp dụng (X.29) : => pH = 11,299 Có thể ph t triển tương tự cho bài toán tính pH của dung dịch đa axit,đa bazơ yếu và bài toán tính pH của các dung dịch hỗn hợp axit mạnh với đa axit yếu,hỗn hợp bazơ mạnh với đa bazơ yếu XI.MỘT SỐ BÀI TÍNH pH TRONG CÁC ĐỀ THI HỌC SINH GIỎI Câu 1: Tính pH của dung dịch HCOOH có... nồng độ 0,5.1 0-7 mol/lít b )Tính pH của dung dịch X được tạo thành khi trộn 200ml dung dịch HA 0,1M (Ka = 1 0-3 .75) với 200ml dung dịch KOH 0.05M; pH của dung dịch X thay đổi như thế nào khi thêm 1 0-3 mol HCl vào dung dịch X Câu 4: Tính pH của dung dịch CH3COOH 0,01M và độ điện li α =4,25% Câu 5: Cho dung dịch HCOOH 0,2M Biết hằng số ion hoá của axit này là K a= 2,1.1 0-4 Tính nồng độ mol của ion H+ Câu... pH của dung dịch thu được Cho Ka (CH3COOH) = 1 0-4 ,76 Hướng dẫn : C 0 C 0 ( HCl) = 10 -2 .10 -2 2.10 - 2 ( CH3COOH) = = 5.1 0-3 (M) 10 -1 .10 -2 2.10 -2 = 5.1 0-2 (M) -Ta có : Ca.Ka = 5.1 0-2 1 0-4 ,76 > 2.1 0-1 3 => xem sự điện li của H2O là không đáng kể - áp dụng công thức (VI.16) ta có : Ka = x(5.10 -3 + x) (5.10 -2 − x) = 1 0-4 ,76 => x= 2,3609.1 0-3 [H+] = C1 + x = 5.1 0-3 + 2,3609.1 0-3 = 7,3609.1 0-3  pH. .. : Tính pH của dung dịch chứa đồng thời HCN 0,005M và NaCN 0,5M Cho K a = 1 0-9 ,35 và K H 2O = 1 0-1 4 Hướng dẫn : Ca.Ka = 1 0-9 ,35 5.1 0-3 =1 0-1 1,65> 2.1 0-1 3 Cb.Ka-1 = 10 -4 ,65.0,5 = 1 0-4 ,95 > 2.1 0-1 3 và Ca.Ka x = 1,6766.1 0-3 => pH= 14+lgx = 11,2244 IX Dạng 8 : Bài toán tính pH của. .. 0,2.4,4.1 0-4 =0,88.1 0-4 - K b.Cb không quá nhỏ ( Kb.Cb > 2.1 0-1 3 ) nên có thể xem sự điện li của H 2O là không đáng kể ta có : - Cb Kb 0,2 = 4,4.10 -4 > 380 Có thể xem : [CH3-NH2 ] ≈ Cb áp dụng công thức (III.10) ta có: => [OH − ] = Kb.Cb = 0,88.10 -4 = 9,3808.1 0-3 => pOH = 2,02776 => pH = 11,97224 *Ph t triển bài toán : Có thể áp dụng ph p lấy gần đúng và các công thức tương tự cho dạng bài tập: Bài toán tính . NGHIỆM ĐỀ TÀI: "GIẢI BÀI TOÁN TÍNH PH CỦA DUNG DỊCH - PH P LẤY GẦN ĐÚNG ÁP DỤNG TRONG BÀI TOÁN TÍNH PH& quot; A- ĐẶT VẤN ĐỀ I- Lý do chọn đề tài Môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến ph n ứng hóa. 10 -2 => pH= - lg ][H + = - lg ][0,8944.10 -2 = 2,05. * Ph t triển bài toán : Có thể áp dụng ph p lấy gần đúng và các công thức tương tự cho các dạng bài tập: Bài toán tính pH của dung dịch muối. .[H + ] - 10 -1 4. K a = 0 (III.6) Giải ph ơng trình (III.6) ta được giá trị [H + ]. * Ph p tính gần đúng Có thể xem sự ph n li của H 2 O là không đáng kể và áp dụng ph p tính gần đúng : - )( 2 OHH C +