Nguyễn Bá Thọ, lớp A4, trường THPT chuyên Lý Tự Trọng , TP Cần Thơ.
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KIỆN PROTON Các dạng bài toán tính pH của dung dịch điện li lưỡng tính là một trong những dạng toán khá khó đòi hỏi phải có phương pháp giải riêng. Sau đây, tôi xin giới thiệu một cách giải cho dạng toán này. I. Chất điện li lưỡng tính là gì? a). Khái niệm: Chất điện li lưỡng tính là chất khi tan trong nước vừa có thể phân li như axit vừa có thể phân li như bazơ. b). Chất điện li lưỡng tính thường gặp trong các trường hợp sau: - Hidroxit của một số kim loại như Al, Zn, Pb, Sn. - Aminoaxit - Muối axit (KHCO3, NaHS, NH4HCO3, Na2HPO4,…) - Muối của axit yếu và bazơ yếu (Na2CO3, Na2C2O4, NH4NO2,…) II. Điều kiện proton: Theo phương pháp này, ta phải tính cả 2 loại cân bằng cho và nhận proton. Vì thế ta phải sử dụng điều kiện proton hay còn gọi là định luật bảo toàn proton trong dung dịch. a. Điều kiện proton: Tổng số proton (H+) trong dung dịch sẽ bằng tổng số proton cho trừ đi số proton nhận. HA H+ + A(1) cho H+ B- + H+ BH (2) nhận H+ + H2O H + OH (3) cho H+ [H+]dd = [H+]1 + [H+]3 – [H+]2 b. Áp dụng: Tính pH của dung dịch NaHA. (1) NaHA Na+ + HA(2) HA- H+ + A2Ka2 − 1 + (3) HA + H H2A K a1 = 1/Ka1 (4) H2O H+ +OHKw = 10-14 (Với Ka1, Ka2 là hằng số phân li của axit tương ứng). Theo điều kiện proton, ta có: [H+]dd = [H+]2 + [H+]4 – [H+]3 + Mà [H ]2 = [A2-]; [H+]4 = [OH-]; [H+]3 = [H2A] Nên
[H+]dd = [A2-] + [OH-] – [H2A] =
[ HA − ]K a 2 +
[H ]
+
Kw [H + ]
− [HA − ][ H + ]K a−11
[H+]2.(1 + [HA-]K a−11 ) = [HA-]Ka2 + Kw +
[H ] =
K a 2 .[HA − ] + K w K a−11[HA − ]
mà [HA-]
≈
CNaHA (do muối phân li hoàn toàn, HA-
1+ nhường và nhận ít H+ vì hằng số điện li khá nhỏ nên hao hụt khá ít):
⇒ [H+] =
K a 2 .C NaHA + K w 1 + K a−11 .C NaHA
Nguyễn Bá Thọ, lớp A4, trường THPT chuyên Lý Tự Trọng , TP Cần Thơ.
Nếu Kw << Ka2.CNaHA bỏ Kw ⇒ [H+] =
K a 2 .C NaHA 1 + K a−11 .C NaHA
Nếu 1 << K a−11 .CNaHA (hay Ka1 << CNaHA) ⇒ [H + ] = K a 2 .K a1 III. Ví dụ: Bài 1: Tính pH của dung dịch NaHCO3 0,02M. Biết axit H2CO3 có Ka1 = 10-6,35, Ka2 = 10-10,33. Ta có các quá trình: (1) NaHCO3 Na+ + HCO3(2) HCO3- H+ + CO32Ka2 − 1 + (3) HCO3 + H H2CO3 K a1 (4) H2O H+ + OHKw Theo điều kiện proton: [H+] = [H+]2 + [H+]4 – [H+]3 Biến đổi như trên (phần II.b), ta có: K a 2 .C NaHA + K w [H+] = Mà Kw << Ka2.CNaHA và 1 << K a−11 .CNaHA nên: −1 1 + K a1 .C NaHA
⇒
[H + ] =
K a 2 .K a1 =
10 −10 ,33 .10 −6,35
= 4,57.10-9
pH = - lg (4,57.10-9) = 8,34 Bài 2: Tính pH của dung dịch NH4NO2 0,1M. Biết HNO2 có Ka = 10-3,29 và NH4+ có Ka = 10-9,24 Tương tự như trên, ta được pH = 6,27. Ngoài ra, ta còn có thể áp dụng cho dung dịch đệm: Bài 3: Tính pH hệ đệm CH3COOH 0,1M và CH3COONa 0,1M. Biết CH3COOH có Ka = 10-4,75. Ta có các quá trình: (1) CH3COONa CH3COO- + Na+ (2) CH3COOH CH3COO- + H+ Ka = 10-4,75 K a−1 = 104,75 (3) CH3COO- + H+ CH3COOH (4) H2O H+ + OHKw Theo điều kiện proton: [H+] = [H+]2 + [H+]4 – [H+]3 Biến đổi như trên (phần II.b), ta có: K a .C CH3COOH + K w [H+] = Mà Ka.C >> Kw và 1 << K a−1 .CNaHA nên: 1 + K a−1 .C CH3COOH
⇒
[H + ] = K a2 = K a = 10 −4,75
pH = 4,75.
IV. Bài tập tự luyện: Tính pH của các dung dịch sau: a) NaHS 0,01M biết H2S có Ka1 = 10-7,02, Ka2 = 10-12,9. (ĐS: pH = 9,48). b) NH4HCO3 0,1M biết axit H2CO3 có Ka1 = 10-6,35, Ka2 = 10-10,33 và NH4+ có Ka = 10-9,24 (ĐS: pH = 7,78).
