Bạn có một chai dung dịch trong suốt, không màu, không mùi, không nhãn mác. Bạn biết chắc trong chai là dung dịch acid HCl, nhưng bạn không biết nó đậm đặc tới mức nào, nồng độ của nó là bao nhiêu mol trên lít. Bạn không thể nếm thử, vì acid có thể làm bỏng lưỡi bạn. Bạn không thể đoán mò, vì chỉ cần sai một chút, cả thí nghiệm sau đó sẽ hỏng hết. Vậy làm sao để biết nồng độ của một dung dịch mà bạn không thể nhìn, không thể ngửi, không thể nếm? Các nhà hóa học đã trả lời câu hỏi ấy bằng một kĩ thuật đẹp như một màn ảo thuật: chuẩn độ acid–base. Bạn nhỏ từng giọt dung dịch base đã biết nồng độ vào chai acid chưa biết nồng độ, đợi tới khi dung dịch đổi màu, rồi chỉ cần một phép nhân chia đơn giản là bạn biết ngay nồng độ của chai acid bí ẩn ấy.
Bạn hãy tưởng tượng bạn là một thám tử, và nhiệm vụ của bạn là tìm ra nồng độ của dung dịch acid trong chai. Vũ khí của bạn là một cái buret, một ống thủy tinh dài có vạch chia thể tích, chứa dung dịch NaOH mà bạn đã biết rõ nồng độ. Bạn nhỏ từng giọt NaOH xuống bình nón chứa acid, khuấy đều, và quan sát màu sắc của dung dịch. Ban đầu, dung dịch không màu. Bạn nhỏ thêm vài giọt, dung dịch vẫn không màu. Bạn nhỏ thêm một giọt nữa, bỗng nhiên dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt, và màu hồng ấy không biến mất khi bạn khuấy đều. Khoảnh khắc ấy, khoảnh khắc dung dịch vừa đổi màu, được gọi là điểm tương đương, và nó chính là manh mối quan trọng nhất của vụ án: tại điểm tương đương, số mol H⁺ bằng đúng số mol OH⁻, và từ đó, bạn tính được nồng độ của dung dịch acid chỉ bằng một phép tính. Bài học hôm nay, Hóa học 11, sẽ dạy bạn đúng kĩ thuật ấy, qua một công thức ngắn gọn mà mạnh mẽ: công thức tính chuẩn độ acid–base.
Công thức tính chuẩn độ acid–base: nhỏ từng giọt đến khi vừa đủ
Trước khi viết công thức, bạn hãy làm quen với ba nhân vật chính của bài học này. Nhân vật thứ nhất là dung dịch chuẩn, tức là dung dịch mà bạn đã biết rõ nồng độ, thường là dung dịch NaOH đựng trong buret. Nhân vật thứ hai là dung dịch cần chuẩn độ, tức là dung dịch mà bạn chưa biết nồng độ, thường là dung dịch HCl đựng trong bình nón. Nhân vật thứ ba là chất chỉ thị, thường là phenolphtalein, một chất đổi màu khi dung dịch chuyển từ acid sang base: trong môi trường acid, phenolphtalein không màu, trong môi trường base, phenolphtalein chuyển sang màu hồng. Bạn nhỏ vài giọt phenolphtalein vào bình nón trước khi chuẩn độ, và khi dung dịch vừa chuyển sang màu hồng nhạt không biến mất, bạn biết ngay mình đã tới điểm tương đương.
Bây giờ là công thức quan trọng nhất của bài học. Tại điểm tương đương, số mol H⁺ bằng số mol OH⁻, và từ đó suy ra nồng độ acid nhân thể tích acid bằng nồng độ base nhân thể tích base, nhân với tỉ lệ hệ số tỉ lượng. Viết gọn lại cho phản ứng một một: Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb. Trong đó, Ca là nồng độ mol của dung dịch acid, Va là thể tích của dung dịch acid, Cb là nồng độ mol của dung dịch base, Vb là thể tích của dung dịch base đã dùng tới điểm tương đương. Dạng tổng quát hơn, khi hệ số tỉ lượng không phải một một, công thức viết là Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb nhân với tỉ số na chia nb, trong đó na và nb là hệ số tỉ lượng của acid và base trong phương trình phản ứng. Bạn hãy đọc công thức này như một câu nói đời thường: lượng acid đem chuẩn độ bằng đúng lượng base đã nhỏ xuống, không thừa không thiếu, và từ lượng base đã biết, bạn suy ra lượng acid chưa biết.
Bạn hãy nhìn lại đường cong chuẩn độ ở đầu bài để thấy công thức sống động như thế nào. Đường cong vẽ pH của dung dịch thay đổi khi bạn nhỏ dần NaOH 0,1 M vào 20 mL HCl. Ban đầu, pH chỉ khoảng 1, dung dịch có tính acid mạnh. Bạn nhỏ thêm 10 mL NaOH, pH chỉ tăng lên khoảng 1,3, vẫn còn acid. Bạn nhỏ thêm 10 mL nữa, tới 20 mL NaOH, pH tăng lên khoảng 2,2, vẫn còn acid nhưng đã yếu đi nhiều. Rồi bạn nhỏ thêm 5 mL nữa, tới 25 mL NaOH, pH bỗng vọt lên 7, dung dịch trung tính, đó chính là điểm tương đương. Bạn nhỏ thêm 5 mL nữa, tới 30 mL NaOH, pH vọt lên 11, dung dịch đã thành base. Bạn thấy đấy, đường cong tăng chậm ở hai đầu và tăng vọt ở giữa, giống như một cái cầu thang có một bậc rất cao ở chính giữa, và bậc cao ấy chính là điểm tương đương mà bạn cần tìm.
Có ba điểm bạn nhất định phải nhớ khi dùng công thức này, vì đề thi rất hay gài bẫy ở đúng ba chỗ này. Thứ nhất, thể tích Va và Vb phải cùng đơn vị, thường là mL, vì trong công thức này, hai thể tích nằm ở hai vế của phương trình nên đơn vị sẽ triệt tiêu lẫn nhau, bạn không cần đổi sang lít như khi tính số mol. Thứ hai, bạn phải nhân với tỉ số hệ số tỉ lượng na chia nb khi phương trình không phải một một, ví dụ chuẩn độ H₂SO₄ bằng NaOH thì một phân tử acid cần hai phân tử base, nên công thức phải có thêm hệ số một phần hai. Thứ ba, bạn phải đọc đúng thể tích Vb tại điểm tương đương, tức là thể tích NaOH đã nhỏ xuống tới khi dung dịch vừa chuyển màu hồng nhạt bền vững, không phải thể tích NaOH còn lại trong buret, cũng không phải thể tích NaOH đã nhỏ quá tay tới khi dung dịch hồng đậm.
Để bạn thấy chuẩn độ có ích như thế nào trong đời sống, hãy nghĩ tới nhà máy sản xuất giấm ăn. Giấm ăn là dung dịch acid acetic, và nhà máy phải kiểm tra nồng độ acid trong từng mẻ giấm trước khi đóng chai, vì giấm quá loãng thì không đủ chua, giấm quá đậm thì gây hại cho dạ dày. Người ta kiểm tra bằng cách chuẩn độ: lấy 10 mL giấm, chuẩn độ bằng dung dịch NaOH đã biết nồng độ, đọc thể tích NaOH đã dùng, rồi tính ra nồng độ acid trong giấm chỉ bằng một phép tính. Các phòng thí nghiệm kiểm tra chất lượng nước, kiểm tra thuốc, kiểm tra thực phẩm đều dùng chuẩn độ mỗi ngày, vì đây là kĩ thuật rẻ tiền, chính xác và dễ làm nhất để xác định nồng độ của một dung dịch. Nếu bạn muốn ôn lại cách tính pH của dung dịch sau khi trộn trước khi làm bài tập chuẩn độ, bạn có thể xem lại bài về pH của dung dịch sau khi trộn, vì chuẩn độ và trộn dung dịch dùng chung một phản ứng trung hòa. Khi cần bấm máy tính nhanh để kiểm tra phép nhân chia như 0,1 nhân 25 chia 20, bạn có thể dùng máy tính Casio online ngay trên trình duyệt, nhưng bạn vẫn nên tự nhẩm lại một lần để chắc chắn mình không bấm nhầm số.
Bốn ví dụ tính chuẩn độ acid–base từng bước, số nào ra số ấy
Ví dụ 1 là ví dụ gốc trong sách giáo khoa, bạn hãy làm thật chậm cùng thầy cô trên lớp, vì nó là khuôn mẫu cho mọi bài chuẩn độ sau này. Đề bài cho: chuẩn độ 20 mL dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0,1 M, tới điểm tương đương đã dùng hết 25 mL NaOH, hỏi nồng độ của dung dịch HCl bằng bao nhiêu. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức: Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb. Bước thứ hai, bạn thay số vào đúng vị trí: Ca là ẩn số cần tìm, Va bằng 20 mL, Cb bằng 0,1 M, Vb bằng 25 mL, được Ca nhân 20 bằng 0,1 nhân 25. Bước thứ ba, bạn tính vế phải: 0,1 nhân 25 bằng 2,5. Bước thứ tư, bạn tính Ca bằng 2,5 chia 20, bằng 0,125. Vậy nồng độ của dung dịch HCl bằng 0,125 M. Bạn hãy đối chiếu con số này với đường cong chuẩn độ ở đầu bài: điểm tương đương trên đường cong nằm đúng ở thể tích 25 mL và pH bằng 7, khớp hoàn toàn với phép tính của bạn.
Ví dụ 2 là dạng bài chuẩn độ acid yếu, để bạn thấy công thức chuẩn độ cũng đúng với acid acetic, không chỉ đúng với HCl. Đề bài: chuẩn độ 20 mL dung dịch CH₃COOH bằng dung dịch NaOH 0,1 M, tới điểm tương đương đã dùng hết 25 mL NaOH, hỏi nồng độ của dung dịch CH₃COOH bằng bao nhiêu. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức như cũ. Bước thứ hai, bạn thay số vào đúng vị trí: Ca nhân 20 bằng 0,1 nhân 25. Bước thứ ba, bạn tính vế phải: 0,1 nhân 25 bằng 2,5. Bước thứ tư, bạn tính Ca bằng 2,5 chia 20, bằng 0,125. Vậy nồng độ của dung dịch CH₃COOH bằng 0,125 M. Bạn hãy để ý, đáp án của ví dụ này trùng với đáp án của ví dụ 1, nhưng hai ví dụ không hề giống nhau: ví dụ 1 chuẩn độ acid mạnh HCl, ví dụ 2 chuẩn độ acid yếu CH₃COOH, và sự trùng hợp về con số chỉ là do người ra đề chọn số liệu đẹp cho dễ tính. Bạn cũng cần nhớ, tại điểm tương đương của chuẩn độ acid yếu bằng base mạnh, pH của dung dịch lớn hơn 7, vì muối tạo thành có tính base, chứ không bằng 7 như chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh.
Ví dụ 3 là dạng bài với hệ số tỉ lượng không phải một một, một dạng bài rất hay gặp trong đề kiểm tra vì nó buộc bạn phải nhớ tới tỉ số na chia nb. Đề bài: chuẩn độ 10 mL dung dịch H₂SO₄ 0,05 M bằng dung dịch NaOH 0,1 M, hỏi tới điểm tương đương đã dùng hết bao nhiêu mL NaOH. Phương trình phản ứng là H₂SO₄ cộng 2NaOH tạo thành Na₂SO₄ cộng 2H₂O, hệ số của acid là 1, hệ số của base là 2. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức dạng tổng quát: Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb nhân với tỉ số na chia nb, tức là Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb nhân một phần hai. Bước thứ hai, bạn thay số vào: 0,05 nhân 10 bằng 0,1 nhân Vb nhân một phần hai, tức là 0,5 bằng 0,05 nhân Vb. Bước thứ ba, bạn tính Vb bằng 0,5 chia 0,05, bằng 10. Vậy tới điểm tương đương đã dùng hết 10 mL NaOH. Bạn hãy kiểm tra lại bằng cách tính số mol: số mol H₂SO₄ bằng 0,05 nhân 0,01 bằng 0,0005 mol, số mol H⁺ bằng hai lần số mol acid, bằng 0,001 mol, số mol NaOH cần dùng bằng 0,001 mol, thể tích NaOH bằng 0,001 chia 0,1 bằng 0,01 L, tức là 10 mL, khớp hoàn toàn với phép tính bằng công thức.
Ví dụ 4 là dạng bài tính nhanh với số liệu đẹp, để bạn luyện phản xạ tính nhẩm trong phòng thi. Đề bài: chuẩn độ 10 mL dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0,2 M, tới điểm tương đương đã dùng hết 15 mL NaOH, hỏi nồng độ của dung dịch HCl bằng bao nhiêu. Bước đầu tiên, bạn viết lại công thức: Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb. Bước thứ hai, bạn thay số vào: Ca nhân 10 bằng 0,2 nhân 15. Bước thứ ba, bạn tính vế phải: 0,2 nhân 15 bằng 3. Bước thứ tư, bạn tính Ca bằng 3 chia 10, bằng 0,3. Vậy nồng độ của dung dịch HCl bằng 0,3 M. Bạn hãy kiểm tra lại bằng cảm giác: NaOH đậm đặc gấp đôi ví dụ 1, thể tích dùng ít hơn, nên nồng độ HCl tính ra lớn hơn 0,125 M là hợp lí, và 0,3 M là một con số hợp lí cho dung dịch acid trong phòng thí nghiệm. Bạn hãy luyện tập dạng bài này nhiều lần, vì trong đề thi, bạn chỉ có vài phút cho mỗi câu, và tính nhẩm nhanh chính là kĩ năng quyết định điểm số của bạn.
Năm lỗi sai thường gặp khi tính chuẩn độ acid–base và cách tránh
Lỗi thứ nhất là quên nhân với tỉ số hệ số tỉ lượng na chia nb khi phương trình không phải một một. Đề bài cho chuẩn độ H₂SO₄ bằng NaOH, bạn áp dụng thẳng Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb mà quên rằng một phân tử H₂SO₄ cần hai phân tử NaOH, kết quả của bạn sẽ lớn gấp đôi đáp án đúng. Cách tránh là bạn hãy viết phương trình phản ứng ra giấy trước khi tính toán, đọc hệ số của acid và base, rồi mới viết công thức dạng tổng quát với tỉ số na chia nb. Bạn hãy nhớ, hệ số tỉ lượng không phải là trang trí, nó là một phần của công thức.
Lỗi thứ hai là nhầm lẫn giữa thể tích acid và thể tích base, lấy Va thay cho Vb hoặc lấy Vb thay cho Va. Đề bài cho acid 20 mL và base 25 mL, bạn tính Ca bằng 0,1 nhân 20 chia 25, được 0,08 M, trong khi đáp án đúng là 0,125 M. Cách tránh là bạn hãy ghi rõ từng đại lượng kèm theo tên chất ngay khi đọc đề bài: Va là thể tích của acid, Vb là thể tích của base, Ca là nồng độ của acid, Cb là nồng độ của base, rồi mới thay số vào công thức. Bạn hãy nhớ, acid nằm ở vế trái, base nằm ở vế phải, đừng bao giờ đổi chỗ hai vế cho nhau.
Lỗi thứ ba là đọc sai thể tích Vb tại điểm tương đương, lấy thể tích NaOH còn lại trong buret thay vì thể tích NaOH đã dùng. Buret ban đầu chứa 50 mL NaOH, sau khi chuẩn độ còn lại 25 mL, bạn lấy Vb bằng 25 mL, trong khi thể tích đã dùng thực tế là 50 trừ 25 bằng 25 mL, trùng nhau trong ví dụ này nhưng sẽ khác nhau trong nhiều bài toán khác. Cách tránh là bạn hãy nhớ, Vb là thể tích đã nhỏ xuống, bằng vạch ban đầu trừ vạch cuối cùng, không phải vạch cuối cùng. Bạn hãy đọc kĩ đề bài xem đề bài cho vạch ban đầu và vạch cuối cùng hay cho thẳng thể tích đã dùng, rồi mới tính toán.
Lỗi thứ tư là kết luận pH tại điểm tương đương luôn bằng 7, dù chuẩn độ acid yếu bằng base mạnh hay base yếu bằng acid mạnh. Bạn chuẩn độ CH₃COOH bằng NaOH, tới điểm tương đương bạn kết luận pH bằng 7, trong khi thực tế pH lớn hơn 7 vì muối CH₃COONa tạo thành có tính base. Cách tránh là bạn hãy nhớ, pH bằng 7 chỉ đúng khi chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh, còn chuẩn độ acid yếu bằng base mạnh thì pH lớn hơn 7, chuẩn độ base yếu bằng acid mạnh thì pH nhỏ hơn 7. Bạn hãy đọc kĩ đề bài xem acid và base là mạnh hay yếu, rồi mới kết luận pH tại điểm tương đương.
Lỗi thứ năm là dùng sai đơn vị thể tích, đổi một thể tích sang lít mà quên đổi thể tích còn lại, làm hai vế của phương trình có đơn vị khác nhau. Bạn đổi Va bằng 20 mL thành 0,02 L, nhưng giữ Vb bằng 25 mL, rồi tính Ca bằng 0,1 nhân 25 chia 0,02, được 125 M, một con số vô lí. Cách tránh là bạn hãy nhớ, trong công thức chuẩn độ, hai thể tích nằm ở hai vế nên đơn vị sẽ triệt tiêu lẫn nhau, bạn cứ giữ cả hai thể tích cùng đơn vị mL là được, không cần đổi sang lít. Bạn chỉ cần đổi sang lít khi tính số mol, còn khi dùng công thức Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb thì cứ để nguyên đơn vị mL cho cả hai vế.
Năm bài tập trắc nghiệm tự luyện
Bạn hãy làm năm câu trắc nghiệm dưới đây mà không nhìn đáp án trước, tính nhân chia cẩn thận từng câu, viết rõ Ca, Va, Cb, Vb ra giấy nháp, rồi mới đối chiếu với bảng đáp án và phần giải thích chi tiết ở ngay sau đó. Mỗi câu chỉ có một đáp án đúng, và các đáp án đúng được rải đều ở nhiều chữ cái khác nhau, nên bạn đừng đoán theo thói quen khoanh một chữ cái quen tay.
Câu 1: Chuẩn độ 20 mL dung dịch HCl bằng dung dịch NaOH 0,1 M, tới điểm tương đương đã dùng hết 20 mL NaOH. Nồng độ của dung dịch HCl bằng bao nhiêu?
A. 0,1 M
B. 0,2 M
C. 0,05 M
D. 0,125 M
Câu 2: Chuẩn độ 25 mL dung dịch NaOH 0,2 M bằng dung dịch HCl 0,1 M. Tới điểm tương đương đã dùng hết bao nhiêu mL dung dịch HCl?
A. 50 mL
B. 25 mL
C. 12,5 mL
D. 100 mL
Câu 3: Chuẩn độ 20 mL dung dịch H₂SO₄ 0,1 M bằng dung dịch NaOH 0,2 M. Tới điểm tương đương đã dùng hết bao nhiêu mL dung dịch NaOH?
A. 10 mL
B. 20 mL
C. 40 mL
D. 5 mL
Câu 4: Tại điểm tương đương của phản ứng chuẩn độ acid–base, điều nào sau đây luôn đúng?
A. Số mol H⁺ bằng số mol OH⁻
B. pH luôn bằng 7
C. Thể tích hai dung dịch bằng nhau
D. Chất chỉ thị đổi màu bất kì lúc nào
Câu 5: Chuẩn độ 10 mL dung dịch CH₃COOH bằng dung dịch NaOH 0,1 M, tới điểm tương đương đã dùng hết 12 mL NaOH. Nồng độ của dung dịch CH₃COOH bằng bao nhiêu?
A. 0,12 M
B. 0,1 M
C. 0,15 M
D. 0,08 M
Bảng đáp án và giải thích cặn kẽ từng câu
Bạn hãy đối chiếu đáp án của mình với bảng dưới đây trước, rồi đọc kĩ phần giải thích từng câu ngay sau bảng, vì phần giải thích sẽ nói rõ vì sao đáp án đúng lại đúng và vì sao mỗi đáp án sai lại sai, để bạn không mắc lại lỗi ấy trong bài kiểm tra thật.
| Câu | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Đáp án | A | A | B | A | A |
Câu 1, đáp án đúng là A, 0,1 M. Bạn áp dụng công thức Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb, thay số được Ca nhân 20 bằng 0,1 nhân 20, suy ra Ca bằng 0,1 M. Đáp án B là 0,2 M là sai, vì bạn đã nhân nhầm 0,1 với 2, tức là lấy tỉ lệ thể tích bằng 2 thay vì bằng 1, trong khi hai thể tích bằng nhau nên hai nồng độ cũng bằng nhau. Đáp án C là 0,05 M là sai, vì bạn đã chia nhầm 0,1 cho 2, tức là lấy tỉ lệ thể tích bằng một phần hai thay vì bằng 1. Đáp án D là 0,125 M là sai, vì đó là đáp án của ví dụ 1, khi thể tích NaOH là 25 mL, còn ở câu này thể tích NaOH chỉ là 20 mL, bạn đã nhớ nhầm số liệu của ví dụ gốc.
Câu 2, đáp án đúng là A, 50 mL. Bạn áp dụng công thức Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb, trong đó Ca là nồng độ HCl bằng 0,1 M, Va là thể tích HCl cần tìm, Cb là nồng độ NaOH bằng 0,2 M, Vb bằng 25 mL, thay số được 0,1 nhân Va bằng 0,2 nhân 25, tức là 0,1 nhân Va bằng 5, suy ra Va bằng 50 mL. Đáp án B là 25 mL là sai, vì bạn đã kết luận hai thể tích bằng nhau mà không tính toán, trong khi nồng độ HCl chỉ bằng một nửa nồng độ NaOH nên thể tích HCl phải gấp đôi thể tích NaOH. Đáp án C là 12,5 mL là sai, vì bạn đã chia nhầm 25 cho 2 thay vì nhân 25 với 2, tức là làm ngược phép tính. Đáp án D là 100 mL là sai, vì bạn đã nhân nhầm 25 với 4 thay vì nhân với 2, tức là lấy tỉ lệ nồng độ bằng 4 thay vì bằng 2.
Câu 3, đáp án đúng là B, 20 mL. Bạn tính số mol acid: nH₂SO₄ bằng 0,1 nhân 0,02 bằng 0,002 mol, số mol H⁺ bằng hai lần số mol acid, bằng 0,004 mol, số mol NaOH cần dùng bằng 0,004 mol, thể tích NaOH bằng 0,004 chia 0,2 bằng 0,02 L, tức là 20 mL. Đáp án A là 10 mL là sai, vì bạn đã quên nhân với hệ số 2 của phản ứng, chỉ tính với một mol H⁺ cho mỗi mol H₂SO₄, nên thể tích tính ra chỉ bằng một nửa đáp án đúng. Đáp án C là 40 mL là sai, vì bạn đã nhân nhầm với hệ số 4 thay vì hệ số 2, tức là lấy bốn mol NaOH cho mỗi mol H₂SO₄. Đáp án D là 5 mL là sai, vì bạn đã chia nhầm 10 cho 2 thay vì nhân 10 với 2, tức là làm ngược phép tính với hệ số tỉ lượng.
Câu 4, đáp án đúng là A, số mol H⁺ bằng số mol OH⁻. Đây là câu hỏi lí thuyết, bạn chỉ cần nhớ định nghĩa điểm tương đương: tại điểm tương đương, acid và base đã phản ứng vừa đủ với nhau, số mol H⁺ bằng đúng số mol OH⁻, không thừa không thiếu. Đáp án B là pH luôn bằng 7 là sai, vì pH bằng 7 chỉ đúng khi chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh, còn chuẩn độ acid yếu bằng base mạnh thì pH lớn hơn 7, chuẩn độ base yếu bằng acid mạnh thì pH nhỏ hơn 7. Đáp án C là thể tích hai dung dịch bằng nhau là sai, vì thể tích phụ thuộc vào nồng độ của từng dung dịch, hai dung dịch có nồng độ khác nhau thì thể tích tại điểm tương đương cũng khác nhau. Đáp án D là chất chỉ thị đổi màu bất kì lúc nào là sai, vì chất chỉ thị chỉ đổi màu khi dung dịch chuyển từ acid sang base hoặc ngược lại, tức là quanh điểm tương đương, chứ không đổi màu bất kì lúc nào.
Câu 5, đáp án đúng là A, 0,12 M. Bạn áp dụng công thức Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb, thay số được Ca nhân 10 bằng 0,1 nhân 12, tức là Ca nhân 10 bằng 1,2, suy ra Ca bằng 0,12 M. Đáp án B là 0,1 M là sai, vì bạn đã kết luận hai nồng độ bằng nhau mà không tính toán, trong khi thể tích NaOH lớn hơn thể tích acid nên nồng độ acid phải lớn hơn nồng độ base. Đáp án C là 0,15 M là sai, vì bạn đã tính 0,1 nhân 15 chia 10, tức là nhớ nhầm thể tích NaOH là 15 mL thay vì 12 mL. Đáp án D là 0,08 M là sai, vì bạn đã tính 0,1 nhân 8 chia 10, tức là nhớ nhầm thể tích NaOH là 8 mL thay vì 12 mL, hoặc đã làm ngược phép chia.
Năm câu hỏi thường gặp về chuẩn độ acid–base
Câu hỏi 1: Điểm tương đương là gì, nói một câu ngắn gọn thì hiểu thế nào? Trả lời: điểm tương đương là thời điểm acid và base đã phản ứng vừa đủ với nhau, số mol H⁺ bằng đúng số mol OH⁻, không thừa không thiếu, và dung dịch vừa đổi màu khi có chất chỉ thị. Bạn hãy nhớ, điểm tương đương là khoảnh khắc quan trọng nhất của cả quá trình chuẩn độ, vì mọi phép tính nồng độ đều dựa vào thể tích dung dịch đã dùng tới đúng khoảnh khắc ấy.
Câu hỏi 2: Vì sao phải dùng chất chỉ thị trong chuẩn độ? Trả lời: vì phản ứng trung hòa giữa acid và base không có dấu hiệu gì để mắt thường nhận ra, dung dịch trước và sau phản ứng đều trong suốt không màu, nên người ta thêm chất chỉ thị để báo hiệu khi nào phản ứng vừa đủ. Phenolphtalein là chất chỉ thị thường dùng nhất: trong môi trường acid nó không màu, trong môi trường base nó chuyển sang màu hồng, và khoảnh khắc dung dịch vừa chuyển hồng nhạt bền vững chính là điểm tương đương. Bạn hãy nhớ, chất chỉ thị không tham gia phản ứng, nó chỉ là người báo hiệu đứng bên ngoài.
Câu hỏi 3: Chuẩn độ acid yếu bằng base mạnh thì pH tại điểm tương đương bằng bao nhiêu? Trả lời: pH tại điểm tương đương lớn hơn 7, vì muối tạo thành có tính base. Ví dụ, chuẩn độ CH₃COOH bằng NaOH tạo thành muối CH₃COONa, muối này thủy phân trong nước tạo ra ion OH⁻, làm dung dịch có tính base và pH lớn hơn 7. Bạn hãy nhớ, pH bằng 7 chỉ đúng khi chuẩn độ acid mạnh bằng base mạnh, còn các trường hợp khác thì pH tại điểm tương đương khác 7, và bạn phải chọn chất chỉ thị phù hợp với khoảng pH ấy.
Câu hỏi 4: Có thể chuẩn độ mà không dùng buret không? Trả lời: về nguyên tắc thì có, bạn có thể dùng ống đong hay pipet để đo thể tích, nhưng buret là dụng cụ chính xác nhất, vì nó có vạch chia tới 0,1 mL và có khóa để nhỏ từng giọt một cách chính xác. Trong phòng thí nghiệm, người ta luôn dùng buret cho chuẩn độ, vì chỉ cần sai 1 mL thể tích là nồng độ tính ra đã sai đi vài phần trăm. Bạn hãy nhớ, chuẩn độ là kĩ thuật đo thể tích, nên dụng cụ đo thể tích càng chính xác thì kết quả càng chính xác.
Câu hỏi 5: Chuẩn độ có ứng dụng gì trong đời sống? Trả lời: chuẩn độ được dùng để kiểm tra nồng độ giấm ăn, nồng độ acid trong nước chanh, nồng độ base trong xà phòng, hàm lượng vitamin C trong nước cam, và nhiều chỉ tiêu chất lượng khác trong thực phẩm, dược phẩm và môi trường. Ví dụ, nhà máy sản xuất giấm chuẩn độ từng mẻ giấm để đảm bảo nồng độ acid đúng tiêu chuẩn trước khi đóng chai, và phòng thí nghiệm kiểm tra nước thải chuẩn độ để biết nước thải còn acid hay base trước khi xả ra sông. Bạn hãy nhớ, chuẩn độ là một trong những kĩ thuật phân tích được dùng nhiều nhất trên thế giới, vì nó rẻ tiền, chính xác và dễ làm.
Kết luận: nhỏ từng giọt, đọc đúng thể tích, tính ra nồng độ
Bạn đã đi hết một vòng tròn rất đẹp của bài học hôm nay: bắt đầu từ chai dung dịch bí ẩn không nhãn mác, bạn đã hiểu chuẩn độ là gì, điểm tương đương là gì, chất chỉ thị là gì, bạn đã học công thức Ca nhân Va bằng Cb nhân Vb và dạng tổng quát với tỉ số hệ số tỉ lượng, bạn đã làm bốn ví dụ tính từng bước từ chuẩn độ HCl ra 0,125 M tới chuẩn độ H₂SO₄ cần 10 mL NaOH, bạn đã nhận diện năm lỗi sai mà nhiều bạn hay mắc, và bạn đã tự luyện năm câu trắc nghiệm có giải thích cặn kẽ. Bạn hãy ghi nhớ ba điều quan trọng nhất trước khi gấp sách lại: thứ nhất, tại điểm tương đương, số mol H⁺ bằng số mol OH⁻; thứ hai, phải nhân với tỉ số hệ số tỉ lượng khi phương trình không phải một một; thứ ba, thể tích Va và Vb phải cùng đơn vị, và Vb là thể tích đã dùng tới điểm tương đương, không phải thể tích còn lại trong buret.
Bài học này cũng mở ra cho bạn một cách nhìn mới về thế giới xung quanh: mỗi lần bạn nhìn thấy chai giấm ăn trong bếp, lọ thuốc trong tủ hay chai nước rửa tay trong phòng tắm, bạn đều đang nhìn thấy những sản phẩm đã được kiểm tra nồng độ bằng chuẩn độ trước khi tới tay bạn. Bạn hãy thử tự chuẩn độ giấm ăn nhà mình bằng dung dịch NaOH loãng và vài giọt phenolphtalein, dưới sự hướng dẫn của thầy cô, và bạn sẽ thấy hóa học không nằm yên trong sách giáo khoa mà đang ở ngay trong bếp nhà bạn mỗi ngày. Khi cần ôn lại, bạn hãy xem lại bài về pH của dung dịch sau khi trộn và bài về pOH, và bạn có thể dùng máy tính Casio online để kiểm tra lại phép nhân chia của mình cho thật chắc chắn. Chúc bạn làm bài kiểm tra tới đây thật tốt, và chúc bạn từ hôm nay sẽ là thám tử giỏi nhất phòng thí nghiệm, tìm ra nồng độ của mọi dung dịch bí ẩn chỉ bằng một buret và vài giọt chất chỉ thị.