Tính pH của dung dịch sau: Dung dịch HCl 0,01M, dung dịch NaOH 0,01M.

Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau đi sâu vào một bài tập cơ bản nhưng rất quan trọng trong chương trình Hóa học 11, đó là tính toán pH của dung dịch axit và bazơ mạnh. Để giải bài này một cách chính xác, chúng ta cần nắm vững kiến thức về sự điện li của axit, bazơ mạnh và công thức tính pH.

Chúng ta sẽ lần lượt tính pH cho từng dung dịch một nhé!

***

Phần 1: Tính pH của dung dịch HCl 0,01M

Để tính pH của dung dịch axit mạnh như HCl, chúng ta thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Xác định bản chất của chất tan và viết phương trình điện li.

HCl là một axit mạnh. Khi tan trong nước, HCl điện li hoàn toàn (gần như 100%) thành ion $${\mathrm{H}}^{+}$$ (hoặc $${\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$$) và $${\mathrm{Cl}}^{-}$$.

Phương trình điện li của HCl là:

$$\mathrm{HCl}\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }{\mathrm{H}}^{+}+{\mathrm{Cl}}^{-}$$

Giải thích: Vì HCl là axit mạnh, chúng ta coi như toàn bộ phân tử HCl đã chuyển thành ion $${\mathrm{H}}^{+}$$ và $${\mathrm{Cl}}^{-}$$ khi tan trong nước. Điều này giúp chúng ta dễ dàng xác định nồng độ ion $${\mathrm{H}}^{+}$$.

Bước 2: Xác định nồng độ ion $${\mathrm{H}}^{+}$$ trong dung dịch.

Theo phương trình điện li, 1 mol HCl sẽ tạo ra 1 mol $${\mathrm{H}}^{+}$$. Do đó, nồng độ của ion $${\mathrm{H}}^{+}$$ sẽ bằng nồng độ ban đầu của HCl.

Ta có: $$[{\mathrm{H}}^{+}]=C_{\mathrm{HCl}}=\mathrm{0,01}\mathrm{M}$$

Hay có thể viết dưới dạng lũy thừa của 10 là $$[{\mathrm{H}}^{+}]={10}^{-2}\mathrm{M}$$.

Bước 3: Tính pH của dung dịch.

Công thức tính pH của dung dịch được định nghĩa là logarit âm thập phân của nồng độ ion $${\mathrm{H}}^{+}$$:

$$\mathrm{pH}=-\log [{\mathrm{H}}^{+}]$$

Thay giá trị $$[{\mathrm{H}}^{+}]$$ vào công thức, ta có:

$$\mathrm{pH}=-\log (\mathrm{0,01})$$
$$\mathrm{pH}=-\log ({10}^{-2})$$
$$\mathrm{pH}=2$$

Vậy, pH của dung dịch HCl 0,01M là 2.

***

Phần 2: Tính pH của dung dịch NaOH 0,01M

Để tính pH của dung dịch bazơ mạnh như NaOH, chúng ta thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Xác định bản chất của chất tan và viết phương trình điện li.

NaOH là một bazơ mạnh. Khi tan trong nước, NaOH điện li hoàn toàn (gần như 100%) thành ion $${\mathrm{Na}}^{+}$$ và $${\mathrm{OH}}^{-}$$.

Phương trình điện li của NaOH là:

$$\mathrm{NaOH}\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }{\mathrm{Na}}^{+}+{\mathrm{OH}}^{-}$$

Giải thích: Tương tự như axit mạnh, vì NaOH là bazơ mạnh, chúng ta coi như toàn bộ phân tử NaOH đã chuyển thành ion $${\mathrm{Na}}^{+}$$ và $${\mathrm{OH}}^{-}$$ khi tan trong nước. Điều này giúp chúng ta dễ dàng xác định nồng độ ion $${\mathrm{OH}}^{-}$$.

Bước 2: Xác định nồng độ ion $${\mathrm{OH}}^{-}$$ trong dung dịch.

Theo phương trình điện li, 1 mol NaOH sẽ tạo ra 1 mol $${\mathrm{OH}}^{-}$$. Do đó, nồng độ của ion $${\mathrm{OH}}^{-}$$ sẽ bằng nồng độ ban đầu của NaOH.

Ta có: $$[{\mathrm{OH}}^{-}]=C_{\mathrm{NaOH}}=\mathrm{0,01}\mathrm{M}$$

Hay có thể viết dưới dạng lũy thừa của 10 là $$[{\mathrm{OH}}^{-}]={10}^{-2}\mathrm{M}$$.

Bước 3: Tính pOH của dung dịch.

Tương tự như pH, pOH được định nghĩa là logarit âm thập phân của nồng độ ion $${\mathrm{OH}}^{-}$$:

$$\mathrm{pOH}=-\log [{\mathrm{OH}}^{-}]$$

Thay giá trị $$[{\mathrm{OH}}^{-}]$$ vào công thức, ta có:

$$\mathrm{pOH}=-\log (\mathrm{0,01})$$
$$\mathrm{pOH}=-\log ({10}^{-2})$$
$$\mathrm{pOH}=2$$

Bước 4: Tính pH của dung dịch từ pOH.

Ở 25°C, tích số ion của nước là $$K_w=[{\mathrm{H}}^{+}]\times [{\mathrm{OH}}^{-}]={10}^{-14}$$. Từ đó, chúng ta có mối liên hệ giữa pH và pOH là:

$$\mathrm{pH}+\mathrm{pOH}=14$$

Giải thích: Công thức này cho phép chúng ta chuyển đổi từ pOH sang pH, giúp tính toán pH cho dung dịch bazơ mạnh, vì bazơ mạnh cung cấp trực tiếp ion $${\mathrm{OH}}^{-}$$ nên việc tính pOH trước sẽ thuận tiện hơn.

Thay giá trị pOH = 2 vào công thức, ta có:

$$\mathrm{pH}+2=14$$
$$\mathrm{pH}=14-2$$
$$\mathrm{pH}=12$$

Vậy, pH của dung dịch NaOH 0,01M là 12.

Hy vọng các em đã hiểu rõ cách tính pH cho dung dịch axit và bazơ mạnh qua bài tập này. Chúc các em học tốt!