Bài học

Ôn tập: điện li, thuyết Brønsted–Lowry và pH

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vận dụng phối hợp được các kiến thức về chất điện li, thuyết Brønsted–Lowry, hằng số $K_a$ / $K_b$ và cách tính pH trong cùng một bài toán tổng hợp, đúng dạng đề kiểm tra.

Sau bài này, em vận dụng phối hợp được các kiến thức về chất điện li, thuyết Brønsted–Lowry, hằng số $K_a$/$K_b$ và cách tính pH trong cùng một bài toán tổng hợp, đúng dạng đề kiểm tra.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này ôn tập lại nội dung của Chương 1, 2, 3: sự điện li và độ điện li $\alpha$ ; thuyết Brønsted–Lowry, cặp acid–base liên hợp, $K_a$ / $K_b$ ; tích số ion của nước và cách tính pH cho cả acid/base mạnh lẫn yếu.

Bài này ôn tập lại nội dung của Chương 1, 2, 3: sự điện li và độ điện li $\alpha$; thuyết Brønsted–Lowry, cặp acid–base liên hợp, $K_a$/$K_b$; tích số ion của nước và cách tính pH cho cả acid/base mạnh lẫn yếu.

Khởi động

Một đề kiểm tra hiếm khi hỏi riêng lẻ từng khái niệm — thường một câu hỏi sẽ đi từ "chất này điện li mạnh hay yếu" đến "vậy pH của nó bằng bao nhiêu" trong cùng một bài. Em đã sẵn sàng nối các mảnh kiến thức đó lại với nhau chưa?

Kiến thức trọng tâm

Ba chương đầu của khoá học tạo thành một chuỗi lập luận liền mạch: (1) xác định chất là điện li mạnh, yếu, hay không điện li; (2) nếu là acid/base yếu, xác định vai trò Brønsted–Lowry và viết đúng cân bằng cùng biểu thức $K_a$ / $K_b$ ; (3) từ đó tính $[H^+]$ hoặc $[OH^-]$ và suy ra pH — dùng công thức trực tiếp nếu là chất điện li mạnh, dùng bảng ICE và phép gần đúng $\sqrt{K \cdot C}$ nếu là chất điện li yếu.

Ba chương đầu của khoá học tạo thành một chuỗi lập luận liền mạch: (1) xác định chất là điện li mạnh, yếu, hay không điện li; (2) nếu là acid/base yếu, xác định vai trò Brønsted–Lowry và viết đúng cân bằng cùng biểu thức $K_a$/$K_b$; (3) từ đó tính $[H^+]$ hoặc $[OH^-]$ và suy ra pH — dùng công thức trực tiếp nếu là chất điện li mạnh, dùng bảng ICE và phép gần đúng $\sqrt{K \cdot C}$ nếu là chất điện li yếu.

Nhìn lại toàn bộ ba chương, có đúng hai công thức tính pH cần nhớ, ứng với hai trường hợp: acid/base MẠNH dùng trực tiếp $[H^+]=C$ hoặc $[OH^-]=C$ (nhân hệ số nếu đa chức); acid/base YẾU dùng $[H^+] \approx \sqrt{K_a C}$ hoặc $[OH^-] \approx \sqrt{K_b C}$ . Không có công thức thứ ba nào khác ở mức nền tảng — mọi bài toán, dù phức tạp đến đâu, cuối cùng đều quy về một trong hai trường hợp này sau khi đã xác định đúng bản chất điện li của chất đang xét.

Nhìn lại toàn bộ ba chương, có đúng hai công thức tính pH cần nhớ, ứng với hai trường hợp: acid/base MẠNH dùng trực tiếp $[H^+]=C$ hoặc $[OH^-]=C$ (nhân hệ số nếu đa chức); acid/base YẾU dùng $[H^+] \approx \sqrt{K_a C}$ hoặc $[OH^-] \approx \sqrt{K_b C}$. Không có công thức thứ ba nào khác ở mức nền tảng — mọi bài toán, dù phức tạp đến đâu, cuối cùng đều quy về một trong hai trường hợp này sau khi đã xác định đúng bản chất điện li của chất đang xét.

Một dạng bài tổng hợp thường gặp trong đề thi giữa kỳ, cuối kỳ: cho một hệ phản ứng có tính chất cân bằng (ví dụ hệ Haber $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$ đã học ở Course 1), yêu cầu dự đoán chiều chuyển dịch khi thay đổi điều kiện, sau đó chuyển sang một câu hỏi riêng về pH của một dung dịch liên quan (ví dụ dung dịch $NH_3$ sinh ra). Cách làm là tách bài toán thành từng phần độc lập, xử lí đúng công cụ cho từng phần, rồi ráp kết quả lại.

Khi ôn tập, hãy tự hỏi ở mỗi bước: đây là chất điện li mạnh hay yếu? (quyết định công thức pH dùng trực tiếp $C$ hay phải qua $K_a$ / $K_b$ ); đâu là acid, đâu là base trong phản ứng này theo Brønsted–Lowry? (quyết định chiều cân bằng và cặp liên hợp); và cuối cùng, đề bài hỏi pH, pOH, hay chỉ hỏi chiều chuyển dịch định tính? — trả lời đúng câu hỏi được hỏi, không làm dư hay thiếu bước.

Khi ôn tập, hãy tự hỏi ở mỗi bước: đây là chất điện li mạnh hay yếu? (quyết định công thức pH dùng trực tiếp $C$ hay phải qua $K_a$/$K_b$); đâu là acid, đâu là base trong phản ứng này theo Brønsted–Lowry? (quyết định chiều cân bằng và cặp liên hợp); và cuối cùng, đề bài hỏi pH, pOH, hay chỉ hỏi chiều chuyển dịch định tính? — trả lời đúng câu hỏi được hỏi, không làm dư hay thiếu bước.

Một điểm hay bị bỏ sót khi ôn tập là mối liên hệ ngược giữa các chương: biết $K_a$ của một acid không chỉ giúp tính pH (Chương 3) mà còn giúp dự đoán được base liên hợp của nó mạnh hay yếu (qua $K_a \times K_b = K_w$ ), từ đó suy ra ngay muối của acid đó thuỷ phân mạnh hay yếu (nội dung Chương 5, sẽ ôn ở bài sau). Nhìn thấy được sợi dây liên kết này — thay vì học thuộc từng công thức tách rời — chính là dấu hiệu em đã nắm vững chương, không chỉ nhớ máy móc.

Một điểm hay bị bỏ sót khi ôn tập là mối liên hệ ngược giữa các chương: biết $K_a$ của một acid không chỉ giúp tính pH (Chương 3) mà còn giúp dự đoán được base liên hợp của nó mạnh hay yếu (qua $K_a \times K_b = K_w$), từ đó suy ra ngay muối của acid đó thuỷ phân mạnh hay yếu (nội dung Chương 5, sẽ ôn ở bài sau). Nhìn thấy được sợi dây liên kết này — thay vì học thuộc từng công thức tách rời — chính là dấu hiệu em đã nắm vững chương, không chỉ nhớ máy móc.

Ôn tập nhanh: vị trí tương đối trên thang pH của acid mạnh, acid yếu, trung tính, base yếu, base mạnh cùng nồng độ 0,10 M.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: chuyển dịch cân bằng rồi tính pH

1
Trong bình kín, hệ $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ (phản ứng toả nhiệt) đang ở trạng thái cân bằng. (a) Dự đoán chiều chuyển dịch khi tăng nhiệt độ. (b) Giả sử một lượng khí $NH_3$ sinh ra được hấp thụ hết vào nước để được 500 mL dung dịch $NH_3$ 0,10 M, tính pH của dung dịch này ( $K_b = 1,8 \times 10^{-5}$ ).
Trong bình kín, hệ $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ (phản ứng toả nhiệt) đang ở trạng thái cân bằng. (a) Dự đoán chiều chuyển dịch khi tăng nhiệt độ. (b) Giả sử một lượng khí $NH_3$ sinh ra được hấp thụ hết vào nước để được 500 mL dung dịch $NH_3$ 0,10 M, tính pH của dung dịch này ($K_b = 1,8 \times 10^{-5}$).
2
Phản ứng thuận toả nhiệt, nên theo nguyên lí Le Chatelier, tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều thu nhiệt — tức chiều nghịch, làm giảm hiệu suất tạo $NH_3$ .
Phản ứng thuận toả nhiệt, nên theo nguyên lí Le Chatelier, tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều **thu nhiệt** — tức chiều nghịch, làm giảm hiệu suất tạo $NH_3$.
3
$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$ , $NH_3$ là base yếu theo Brønsted–Lowry (nhận proton từ $H_2O$ ). Gọi $x = [OH^-]$ ở cân bằng.
$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-$, $NH_3$ là base yếu theo Brønsted–Lowry (nhận proton từ $H_2O$). Gọi $x = [OH^-]$ ở cân bằng.
4
$x \approx \sqrt{K_b \cdot C} = \sqrt{1,8 \times 10^{-5} \times 0,10} \approx 1,3 \times 10^{-3}\ M$ . $pOH = -\log(1,3 \times 10^{-3}) \approx 2,87$ , suy ra $pH = 14 - 2,87 = 11,13$ .
$x \approx \sqrt{K_b \cdot C} = \sqrt{1,8 \times 10^{-5} \times 0,10} \approx 1,3 \times 10^{-3}\ M$. $pOH = -\log(1,3 \times 10^{-3}) \approx 2,87$, suy ra $pH = 14 - 2,87 = 11,13$.
5
Vậy (a) tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (giảm $NH_3$ ); (b) dung dịch $NH_3$ 0,10 M thu được có $pH \approx 11,13$ — hai phần của bài toán dùng hai công cụ khác nhau (Le Chatelier định tính, và $K_b$ định lượng) nhưng đều xuất phát từ cùng một hệ hoá học.
Vậy (a) tăng nhiệt độ làm cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (giảm $NH_3$); (b) dung dịch $NH_3$ 0,10 M thu được có $pH \approx 11,13$ — hai phần của bài toán dùng hai công cụ khác nhau (Le Chatelier định tính, và $K_b$ định lượng) nhưng đều xuất phát từ cùng một hệ hoá học.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: điện li, cặp liên hợp và pH

1
Cho ba chất: $HNO_3$ , $HF$ ( $K_a = 6,6 \times 10^{-4}$ ), $NaF$ . (a) Phân loại mỗi chất là điện li mạnh hay yếu. (b) Xác định cặp acid–base liên hợp giữa $HF$ và $F^-$ . (c) Tính pH của dung dịch $HF$ 0,050 M.
Cho ba chất: $HNO_3$, $HF$ ($K_a = 6,6 \times 10^{-4}$), $NaF$. (a) Phân loại mỗi chất là điện li mạnh hay yếu. (b) Xác định cặp acid–base liên hợp giữa $HF$ và $F^-$. (c) Tính pH của dung dịch $HF$ 0,050 M.
2
$HNO_3$ là acid mạnh, điện li hoàn toàn ( $HNO_3 \to H^+ + NO_3^-$ ). $HF$ là acid yếu, điện li một phần, thuận nghịch ( $HF \rightleftharpoons H^+ + F^-$ ). $NaF$ là muối tan, điện li mạnh ( $NaF \to Na^+ + F^-$ ).
$HNO_3$ là acid mạnh, điện li hoàn toàn ($HNO_3 \to H^+ + NO_3^-$). $HF$ là acid yếu, điện li một phần, thuận nghịch ($HF \rightleftharpoons H^+ + F^-$). $NaF$ là muối tan, điện li mạnh ($NaF \to Na^+ + F^-$).
3
$HF$ nhường một proton để trở thành $F^-$ — $HF$ là acid, $F^-$ là base liên hợp của nó. Cặp liên hợp: $HF/F^-$ .
$HF$ nhường một proton để trở thành $F^-$ — $HF$ là acid, $F^-$ là base liên hợp của nó. Cặp liên hợp: $HF/F^-$.
4
Gọi $x = [H^+]$ : $x \approx \sqrt{K_a \cdot C} = \sqrt{6,6 \times 10^{-4} \times 0,050} = \sqrt{3,3 \times 10^{-5}} \approx 5,7 \times 10^{-3}\ M$ . Kiểm tra: $x/C = 5,7 \times 10^{-3}/0,050 \approx 11,5\%$ — hơi lớn nhưng vẫn chấp nhận được ở mức phổ thông. $pH = -\log(5,7 \times 10^{-3}) \approx 2,24$ .
Gọi $x = [H^+]$: $x \approx \sqrt{K_a \cdot C} = \sqrt{6,6 \times 10^{-4} \times 0,050} = \sqrt{3,3 \times 10^{-5}} \approx 5,7 \times 10^{-3}\ M$. Kiểm tra: $x/C = 5,7 \times 10^{-3}/0,050 \approx 11,5\%$ — hơi lớn nhưng vẫn chấp nhận được ở mức phổ thông. $pH = -\log(5,7 \times 10^{-3}) \approx 2,24$.
5
Vậy $HNO_3$ và $NaF$ là chất điện li mạnh, $HF$ là chất điện li yếu; cặp liên hợp là $HF/F^-$ ; và dung dịch $HF$ 0,050 M có $pH \approx 2,24$ .
Vậy $HNO_3$ và $NaF$ là chất điện li mạnh, $HF$ là chất điện li yếu; cặp liên hợp là $HF/F^-$; và dung dịch $HF$ 0,050 M có $pH \approx 2,24$.

Sai lầm thường gặp

Khi làm bài tổng hợp, sai lầm phổ biến nhất là ÁP DỤNG SAI CÔNG CỤ: dùng công thức acid mạnh ( $[H^+]=C$ ) cho một acid yếu, hoặc quên đổi đơn vị thể tích (mL sang L) trước khi tính nồng độ mol. Luôn xác định rõ TỪNG bước đang xử lí phần nào của bài toán trước khi áp dụng công thức, và kiểm tra lại đơn vị, điều kiện gần đúng ở bước cuối.

Khi làm bài tổng hợp, sai lầm phổ biến nhất là ÁP DỤNG SAI CÔNG CỤ: dùng công thức acid mạnh ($[H^+]=C$) cho một acid yếu, hoặc quên đổi đơn vị thể tích (mL sang L) trước khi tính nồng độ mol. Luôn xác định rõ TỪNG bước đang xử lí phần nào của bài toán trước khi áp dụng công thức, và kiểm tra lại đơn vị, điều kiện gần đúng ở bước cuối.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Giải bài toán tổng hợp cân bằng dung dịch nước theo đúng trình tự: xác định điện li mạnh/yếu → xác định vai trò Brønsted–Lowry nếu cần → chọn đúng công thức pH (trực tiếp cho chất mạnh, qua $K_a$ / $K_b$ và bảng ICE cho chất yếu) → kiểm tra đơn vị và điều kiện gần đúng.

Giải bài toán tổng hợp cân bằng dung dịch nước theo đúng trình tự: xác định điện li mạnh/yếu → xác định vai trò Brønsted–Lowry nếu cần → chọn đúng công thức pH (trực tiếp cho chất mạnh, qua $K_a$/$K_b$ và bảng ICE cho chất yếu) → kiểm tra đơn vị và điều kiện gần đúng.

Bài cuối cùng của khoá học ôn tập phần còn lại — chỉ thị, chuẩn độ, thuỷ phân muối, dung dịch đệm — và khép lại bằng một đề tổng hợp đúng cấu trúc đề kiểm tra học kỳ thực tế.