Chào các em học sinh lớp 11 yêu quý! Hôm nay, cô trò mình sẽ cùng nhau tìm hiểu về một khái niệm rất quan trọng trong Hóa học, đó là sự tự ion hóa của nước và cách tính nồng độ ion H⁺ và OH⁻ trong nước nguyên chất.

Các em còn nhớ, nước (H₂O) là một phân tử có khả năng phân ly thành ion hydro (H⁺) và ion hydroxit (OH⁻). Mặc dù sự phân ly này rất yếu, nhưng nó lại đóng vai trò quyết định đến tính axit, bazơ hay trung tính của dung dịch.

Trong nước nguyên chất, quá trình tự ion hóa diễn ra theo phương trình cân bằng sau:
H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻

Tại 25°C, nước nguyên chất là môi trường trung tính, nghĩa là nồng độ ion H⁺ sẽ bằng nồng độ ion OH⁻.

Chúng ta có tích số ion của nước, ký hiệu là K<0xE2><0x82><0x99>, được định nghĩa là:
K<0xE2><0x82><0x99> = [H⁺] * [OH⁻]

Ở điều kiện chuẩn 25°C, giá trị của K<0xE2><0x82><0x99> là một hằng số không đổi, bằng 1,0 x 10⁻¹⁴.
K<0xE2><0x82><0x99> = 1,0 x 10⁻¹⁴

Bây giờ, chúng ta sẽ áp dụng vào bài tập tính nồng độ H⁺ và OH⁻ trong nước nguyên chất.

Bước 1: Xác định điều kiện thí nghiệm
Đề bài yêu cầu tính trong nước nguyên chất. Thông thường, nếu không có điều kiện nhiệt độ cụ thể, chúng ta sẽ mặc định là ở 25°C.

Bước 2: Áp dụng tính chất của nước nguyên chất ở 25°C
Trong nước nguyên chất ở 25°C, ta có:
[H⁺] = [OH⁻]

Bước 3: Sử dụng hằng số điện li của nước (K<0xE2><0x82><0x99>)
Ta có công thức:
K<0xE2><0x82><0x99> = [H⁺] * [OH⁻]

Thay [OH⁻] = [H⁺] vào công thức trên, ta được:
K<0xE2><0x82><0x99> = [H⁺] * [H⁺] = [H⁺]²

Bước 4: Thay giá trị K<0xE2><0x82><0x99> và giải phương trình
Tại 25°C, K<0xE2><0x82><0x99> = 1,0 x 10⁻¹⁴.
Do đó:
[H⁺]² = 1,0 x 10⁻¹⁴

Để tìm [H⁺], chúng ta lấy căn bậc hai của cả hai vế:
[H⁺] = √(1,0 x 10⁻¹⁴)
[H⁺] = 1,0 x 10⁻⁷ mol/L

Bước 5: Tính nồng độ OH⁻
Vì trong nước nguyên chất ở 25°C, [H⁺] = [OH⁻], nên:
[OH⁻] = 1,0 x 10⁻⁷ mol/L

Kết luận:
Trong nước nguyên chất ở 25°C, nồng độ ion H⁺ là 1,0 x 10⁻⁷ mol/L và nồng độ ion OH⁻ cũng là 1,0 x 10⁻⁷ mol/L.
Điều này chứng tỏ nước nguyên chất ở điều kiện này là môi trường trung tính.

Các em ghi nhớ các bước và công thức này nhé. Đây là nền tảng để chúng ta có thể tính toán nồng độ ion trong các dung dịch axit và bazơ sau này. Có em nào có thắc mắc gì không?