Bài học

Ôn tập: chỉ thị, chuẩn độ, thuỷ phân muối và đề tổng hợp

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vận dụng phối hợp được kiến thức về chất chỉ thị, chuẩn độ acid–base, sự thuỷ phân của muối và dung dịch đệm để giải một đề tổng hợp đúng cấu trúc đề kiểm tra học kỳ.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này ôn tập nội dung Chương 4 (chất chỉ thị, chuẩn độ) và Chương 5 (thuỷ phân muối, dung dịch đệm), đồng thời nối lại với bài ôn tập trước (điện li, Brønsted–Lowry, pH) để giải các bài toán xuyên suốt nhiều chương — đúng dạng một đề thi học kỳ thực tế.

Khởi động

Một đề kiểm tra học kỳ về chương "Cân bằng trong dung dịch nước" thường không hỏi riêng từng bài — mà đưa ra MỘT tình huống thực nghiệm (chuẩn độ, pha chế, nhận biết) rồi hỏi liên tiếp nhiều câu nhỏ, mỗi câu đòi một kiến thức khác nhau. Em đã sẵn sàng đi hết một đề như vậy chưa?

Kiến thức trọng tâm

Nhắc lại nhanh bốn ý chính của Chương 4 và Chương 5: chất chỉ thị (quỳ tím định tính; phenolphthalein khoảng hẹp $8,2$ – $10,0$ , dùng cho chuẩn độ) và chuẩn độ ( $C_1V_1 = C_2V_2$ theo đúng hệ số phản ứng, điểm tương đương nhận biết qua đổi màu chỉ thị); sự thuỷ phân muối (muối acid yếu–base mạnh cho môi trường base; muối acid mạnh–base yếu cho môi trường acid; muối acid mạnh–base mạnh trung tính) và dung dịch đệm (cặp acid–base liên hợp, $pH = pK_a + \log([A^-]/[HA])$ , giữ pH ổn định trong giới hạn).

Nhắc lại nhanh bốn ý chính của Chương 4 và Chương 5: chất chỉ thị (quỳ tím định tính; phenolphthalein khoảng hẹp $8,2$–$10,0$, dùng cho chuẩn độ) và chuẩn độ ($C_1V_1 = C_2V_2$ theo đúng hệ số phản ứng, điểm tương đương nhận biết qua đổi màu chỉ thị); sự thuỷ phân muối (muối acid yếu–base mạnh cho môi trường base; muối acid mạnh–base yếu cho môi trường acid; muối acid mạnh–base mạnh trung tính) và dung dịch đệm (cặp acid–base liên hợp, $pH = pK_a + \log([A^-]/[HA])$, giữ pH ổn định trong giới hạn).

Bốn ý này thường xuất hiện cùng nhau trong một bài toán chuỗi: chuẩn độ cho ra nồng độ một acid yếu → từ nồng độ đó và $K_a$ tính được pH tại một điểm nào đó của phép chuẩn độ → nhận ra dung dịch tại điểm tương đương chính là dung dịch muối (ví dụ $CH_3COONa$ ) nên bị thuỷ phân, giải thích vì sao pH tại điểm tương đương không phải 7 → nếu đề hỏi thêm về hỗn hợp acid yếu và muối của nó CHƯA phản ứng hết, đó chính là một dung dịch đệm.

Bốn ý này thường xuất hiện cùng nhau trong một bài toán chuỗi: chuẩn độ cho ra nồng độ một acid yếu → từ nồng độ đó và $K_a$ tính được pH tại một điểm nào đó của phép chuẩn độ → nhận ra dung dịch tại điểm tương đương chính là dung dịch muối (ví dụ $CH_3COONa$) nên bị thuỷ phân, giải thích vì sao pH tại điểm tương đương không phải 7 → nếu đề hỏi thêm về hỗn hợp acid yếu và muối của nó CHƯA phản ứng hết, đó chính là một dung dịch đệm.

Chiến lược làm một đề tổng hợp: đọc hết đề trước khi tính bất kỳ con số nào, xác định xem bài đang ở giai đoạn nào của quy trình (trước chuẩn độ / tại điểm tương đương / sau điểm tương đương), rồi chọn đúng công cụ cho từng giai đoạn — đừng cố dùng một công thức duy nhất cho toàn bộ đề.

Ví dụ

Bài toán chuỗi: nhận biết ba dung dịch muối

1
Ba lọ mất nhãn chứa $NH_4Cl$ , $CH_3COONa$ , $NaCl$ , đều nồng độ 0,10 M. Thiết kế một chuỗi thử nghiệm đơn giản (dùng quỳ tím) để nhận biết cả ba, và viết phương trình thuỷ phân giải thích kết quả.
Ba lọ mất nhãn chứa $NH_4Cl$, $CH_3COONa$, $NaCl$, đều nồng độ 0,10 M. Thiết kế một chuỗi thử nghiệm đơn giản (dùng quỳ tím) để nhận biết cả ba, và viết phương trình thuỷ phân giải thích kết quả.
2
Nhúng quỳ tím lần lượt vào ba dung dịch, quan sát màu.
3
Lọ làm quỳ tím hoá đỏ là $NH_4Cl$ : $NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+$ (cation thuỷ phân sinh acid). Lọ làm quỳ tím hoá xanh là $CH_3COONa$ : $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$ (gốc acid thuỷ phân sinh base). Lọ không đổi màu quỳ tím là $NaCl$ (không thuỷ phân, trung tính).
Lọ làm quỳ tím hoá đỏ là $NH_4Cl$: $NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+$ (cation thuỷ phân sinh acid). Lọ làm quỳ tím hoá xanh là $CH_3COONa$: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$ (gốc acid thuỷ phân sinh base). Lọ không đổi màu quỳ tím là $NaCl$ (không thuỷ phân, trung tính).
4
Vậy chỉ với một phép thử quỳ tím đơn giản và kiến thức thuỷ phân muối, có thể phân biệt cả ba dung dịch mà không cần thêm hoá chất nào khác.

Ví dụ

Đề tổng hợp: từ chuẩn độ đến nhận biết môi trường tại điểm tương đương

1
Chuẩn độ 25,00 mL dung dịch $CH_3COOH$ chưa biết nồng độ bằng dung dịch $NaOH$ 0,10 M, dùng phenolphthalein, hết 20,00 mL thì đổi màu bền. (a) Tính nồng độ $CH_3COOH$ ban đầu. (b) Dung dịch tại điểm tương đương có môi trường gì? Viết phương trình giải thích. (c) Nếu chỉ nhỏ 10,00 mL $NaOH$ (chưa tới điểm tương đương), hỗn hợp thu được có phải dung dịch đệm không? Vì sao?
Chuẩn độ 25,00 mL dung dịch $CH_3COOH$ chưa biết nồng độ bằng dung dịch $NaOH$ 0,10 M, dùng phenolphthalein, hết 20,00 mL thì đổi màu bền. (a) Tính nồng độ $CH_3COOH$ ban đầu. (b) Dung dịch tại điểm tương đương có môi trường gì? Viết phương trình giải thích. (c) Nếu chỉ nhỏ 10,00 mL $NaOH$ (chưa tới điểm tương đương), hỗn hợp thu được có phải dung dịch đệm không? Vì sao?
2
$CH_3COOH + NaOH \to CH_3COONa + H_2O$ , tỉ lệ 1:1. $n(NaOH) = 0,10 \times 0,02000 = 2,0 \times 10^{-3}$ mol $= n(CH_3COOH)$ . $C(CH_3COOH) = 2,0 \times 10^{-3}/0,02500 = 0,080\ M$ .
$CH_3COOH + NaOH \to CH_3COONa + H_2O$, tỉ lệ 1:1. $n(NaOH) = 0,10 \times 0,02000 = 2,0 \times 10^{-3}$ mol $= n(CH_3COOH)$. $C(CH_3COOH) = 2,0 \times 10^{-3}/0,02500 = 0,080\ M$.
3
Tại điểm tương đương, toàn bộ $CH_3COOH$ đã chuyển thành $CH_3COONa$ — dung dịch lúc này chỉ chứa muối $CH_3COONa$ (và $NaCl$ nếu có, ở đây không có). Gốc $CH_3COO^-$ thuỷ phân: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$ , sinh $OH^-$ dư — môi trường base ( $pH > 7$ ), giải thích đúng vì sao dùng phenolphthalein (đổi màu ở vùng base nhẹ) chứ không phải quỳ tím.
Tại điểm tương đương, toàn bộ $CH_3COOH$ đã chuyển thành $CH_3COONa$ — dung dịch lúc này chỉ chứa muối $CH_3COONa$ (và $NaCl$ nếu có, ở đây không có). Gốc $CH_3COO^-$ thuỷ phân: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$, sinh $OH^-$ dư — môi trường **base** ($pH > 7$), giải thích đúng vì sao dùng phenolphthalein (đổi màu ở vùng base nhẹ) chứ không phải quỳ tím.
4
Khi mới nhỏ 10,00 mL $NaOH$ (một nửa lượng cần để trung hoà hết 20,00 mL), $NaOH$ đã phản ứng hết một phần $CH_3COOH$ thành $CH_3COONa$ , trong khi $CH_3COOH$ dư vẫn còn — hỗn hợp lúc này chứa CẢ $CH_3COOH$ (acid yếu) LẪN $CH_3COONa$ (cung cấp base liên hợp $CH_3COO^-$ ) với nồng độ đáng kể. Đây đúng là thành phần của một dung dịch đệm.
Khi mới nhỏ 10,00 mL $NaOH$ (một nửa lượng cần để trung hoà hết 20,00 mL), $NaOH$ đã phản ứng hết một phần $CH_3COOH$ thành $CH_3COONa$, trong khi $CH_3COOH$ dư vẫn còn — hỗn hợp lúc này chứa CẢ $CH_3COOH$ (acid yếu) LẪN $CH_3COONa$ (cung cấp base liên hợp $CH_3COO^-$) với nồng độ đáng kể. Đây đúng là thành phần của một dung dịch đệm.
5
Vậy (a) $C(CH_3COOH) = 0,080\ M$ ; (b) tại điểm tương đương, môi trường base do $CH_3COO^-$ thuỷ phân; (c) tại điểm giữa chừng của phép chuẩn độ, hỗn hợp là một dung dịch đệm $CH_3COOH/CH_3COONa$ — ba câu hỏi tuy khác nhau nhưng đều xuất phát từ cùng một thí nghiệm chuẩn độ, đúng cấu trúc một bài toán tổng hợp trong đề kiểm tra học kỳ.
Vậy (a) $C(CH_3COOH) = 0,080\ M$; (b) tại điểm tương đương, môi trường base do $CH_3COO^-$ thuỷ phân; (c) tại điểm giữa chừng của phép chuẩn độ, hỗn hợp là một dung dịch đệm $CH_3COOH/CH_3COONa$ — ba câu hỏi tuy khác nhau nhưng đều xuất phát từ cùng một thí nghiệm chuẩn độ, đúng cấu trúc một bài toán tổng hợp trong đề kiểm tra học kỳ.

Sai lầm thường gặp

Trong đề tổng hợp nhiều câu nhỏ, sai lầm phổ biến nhất là dùng KẾT QUẢ CỦA CÂU TRƯỚC sai cho câu sau (sai dây chuyền) — luôn kiểm tra lại đơn vị và giá trị trung gian trước khi dùng cho bước tiếp theo. Một lỗi khác: khi đề hỏi "môi trường tại điểm tương đương", nhiều em trả lời ngay "trung tính" theo phản xạ, quên rằng chỉ phản ứng acid mạnh–base mạnh mới cho điểm tương đương trung tính; acid yếu–base mạnh luôn cho điểm tương đương base (do muối thuỷ phân), và ngược lại.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Chương "Cân bằng trong dung dịch nước" khép lại bằng chuỗi liên kết chặt chẽ: điện li → Brønsted–Lowry và $K_a$ / $K_b$ → pH → chỉ thị và chuẩn độ → thuỷ phân muối tại điểm tương đương → dung dịch đệm giữa chừng phép chuẩn độ. Nắm được quy trình 5 bước (nhận diện điện li → vai trò acid–base → áp dụng hằng số → tính pH → kết luận) là chìa khoá giải mọi bài toán tổng hợp của chương.

Chương "Cân bằng trong dung dịch nước" khép lại bằng chuỗi liên kết chặt chẽ: điện li → Brønsted–Lowry và $K_a$/$K_b$ → pH → chỉ thị và chuẩn độ → thuỷ phân muối tại điểm tương đương → dung dịch đệm giữa chừng phép chuẩn độ. Nắm được quy trình 5 bước (nhận diện điện li → vai trò acid–base → áp dụng hằng số → tính pH → kết luận) là chìa khoá giải mọi bài toán tổng hợp của chương.

Khoá học tiếp theo trong chương trình Hoá 11 nghiên cứu nitrogen và các hợp chất của nó — nơi $NH_3$ và $HNO_3$ , hai chất đã quen thuộc trong chương này, trở lại với vai trò là chất phản ứng oxi hoá–khử, được nhìn từ một góc độ hoàn toàn khác.

Khoá học tiếp theo trong chương trình Hoá 11 nghiên cứu nitrogen và các hợp chất của nó — nơi $NH_3$ và $HNO_3$, hai chất đã quen thuộc trong chương này, trở lại với vai trò là chất phản ứng oxi hoá–khử, được nhìn từ một góc độ hoàn toàn khác.