Bạn pha một ly nước chanh: vắt nửa quả chanh vào ly nước lọc, khuấy đều, nếm thử và thấy chua gắt. Bạn thêm một thìa đường, khuấy lại, nếm thử và thấy chua dịu đi một chút. Bạn thêm một thìa mật ong nữa, khuấy lại, nếm thử và thấy vị chua gần như biến mất, chỉ còn ngọt thanh. Mỗi lần bạn thêm một thứ vào ly, vị của cả ly thay đổi, vì những thứ bạn thêm vào đã phản ứng với nhau và làm thay đổi nồng độ của những chất còn lại. Hóa học cũng có một trò pha trộn như vậy, nhưng thay vì đường và mật ong, người ta trộn hai dung dịch acid và base với nhau, và thay vì nếm thử bằng lưỡi, người ta tính pH bằng công thức.
Bạn hãy tưởng tượng bạn có hai ly nước: một ly chứa acid HCl, một ly chứa base NaOH. Bạn đổ hai ly vào chung một bình, khuấy đều, và hỏi: dung dịch mới này có pH bằng bao nhiêu? Câu trả lời không đơn giản như lấy trung bình cộng của hai pH ban đầu, vì acid và base khi gặp nhau sẽ phản ứng với nhau, ion H⁺ gặp ion OH⁻ sẽ tạo thành nước, và chỉ phần ion nào còn dư sau phản ứng mới quyết định pH của dung dịch cuối cùng. Ai dư nhiều hơn, người đó thắng. Nếu H⁺ dư, dung dịch có tính acid và pH nhỏ hơn 7. Nếu OH⁻ dư, dung dịch có tính base và pH lớn hơn 7. Nếu hai bên vừa đủ bằng nhau, dung dịch trung tính và pH bằng 7. Bài học hôm nay, Hóa học 11, sẽ dạy bạn cách tính pH của dung dịch sau khi trộn, qua một quy trình bốn bước rõ ràng mà bạn có thể áp dụng cho mọi bài toán trộn acid và base, từ bài tập trong sách giáo khoa tới bài toán trong đề thi.
Công thức tính pH của dung dịch sau khi trộn: ai dư, người đó quyết định
Trước khi viết công thức, bạn hãy làm quen với phản ứng quan trọng nhất của bài học này: phản ứng trung hòa giữa ion H⁺ và ion OH⁻ tạo thành nước, viết gọn là H⁺ cộng OH⁻ tạo thành H₂O. Phản ứng này xảy ra ngay khi bạn trộn dung dịch acid với dung dịch base, và nó xảy ra hoàn toàn, tức là cứ một ion H⁺ gặp một ion OH⁻ là hai ion biến mất, tạo thành một phân tử nước. Bạn hãy tưởng tượng H⁺ và OH⁻ như hai đội quân gặp nhau trên chiến trường: mỗi binh sĩ bên này bắt cặp với một binh sĩ bên kia rồi cùng rời khỏi chiến trường, chỉ đội nào đông hơn mới còn binh sĩ sót lại sau trận đánh. Số binh sĩ sót lại ấy, tức là số mol ion dư, chính là thứ quyết định pH của dung dịch sau khi trộn.
Bây giờ là quy trình bốn bước mà bạn sẽ dùng cho mọi bài toán trộn dung dịch. Bước một, bạn tính số mol H⁺ và số mol OH⁻ ban đầu, bằng cách lấy nồng độ mol nhân với thể tích tính bằng lít. Bạn hãy nhớ, thể tích phải đổi sang lít trước khi nhân, vì nồng độ mol có đơn vị là mol trên lít, và 100 mL chỉ bằng 0,1 L, 50 mL chỉ bằng 0,05 L. Bước hai, bạn cho H⁺ và OH⁻ phản ứng với nhau theo tỉ lệ một một, lấy số mol lớn hơn trừ số mol nhỏ hơn để tìm số mol ion dư, và ghi nhớ xem ion nào dư, H⁺ hay OH⁻. Bước ba, bạn tính nồng độ của ion dư bằng cách lấy số mol dư chia cho tổng thể tích của dung dịch sau khi trộn, tức là thể tích dung dịch thứ nhất cộng thể tích dung dịch thứ hai. Bước bốn, bạn tính pH từ nồng độ ion dư: nếu H⁺ dư, bạn tính pH bằng trừ log của nồng độ H⁺ dư; nếu OH⁻ dư, bạn tính pOH bằng trừ log của nồng độ OH⁻ dư, rồi suy ra pH bằng 14 trừ pOH.
Bạn hãy nhìn lại sơ đồ bốn bước ở đầu bài để thấy quy trình sống động như thế nào. Sơ đồ vẽ đúng ví dụ gốc của bài học: trộn 100 mL HCl 0,1 M với 100 mL NaOH 0,08 M. Bước một, số mol H⁺ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol, số mol OH⁻ bằng 0,08 nhân 0,1 bằng 0,008 mol. Bước hai, H⁺ dư bằng 0,01 trừ 0,008 bằng 0,002 mol. Bước ba, nồng độ H⁺ dư bằng 0,002 chia 0,2 bằng 0,01 M. Bước bốn, pH bằng trừ log của 0,01, bằng 2. Bạn thấy đấy, mỗi bước đều đơn giản, chỉ là một phép nhân hoặc một phép trừ, nhưng bốn bước nối lại với nhau thành một quy trình chặt chẽ, và chỉ cần sai một bước, cả đáp án sẽ sai theo. Bạn hãy học thuộc quy trình này như học thuộc một công thức nấu ăn: tính mol, tìm chất dư, chia cho tổng thể tích, rồi mới tính pH.
Có ba điểm bạn nhất định phải nhớ khi dùng quy trình này, vì đề thi rất hay gài bẫy ở đúng ba chỗ này. Thứ nhất, bạn phải đổi thể tích sang lít trước khi tính số mol, vì 100 mL nhân với 0,1 M mà không đổi đơn vị sẽ cho ra 10 mol, một con số vô lí lớn hơn thực tế 100 lần. Thứ hai, bạn phải chia số mol dư cho tổng thể tích của cả hai dung dịch, không phải thể tích của một dung dịch, vì sau khi trộn, ion dư phân bố trong toàn bộ dung dịch mới. Nếu bạn chia cho 0,1 L thay vì 0,2 L, nồng độ của bạn sẽ lớn gấp đôi và pH sẽ nhỏ hơn đáp án đúng 0,3 đơn vị. Thứ ba, bạn phải nhớ pH bằng 7 khi H⁺ và OH⁻ vừa đủ bằng nhau, tức là số mol hai ion bằng nhau, không còn ion nào dư. Nhiều bạn thấy hai dung dịch trộn với nhau thì đoán pH bằng 7, nhưng chỉ khi số mol bằng nhau thì pH mới bằng 7, còn khi số mol khác nhau thì pH nhất định khác 7.
Để bạn thấy bài học này có ích như thế nào trong đời sống, hãy nghĩ tới việc xử lí nước thải. Nhà máy thải ra nước có tính acid mạnh, người ta phải trộn thêm dung dịch base vào để trung hòa, và họ phải tính thật chính xác lượng base cần thêm, vì thêm ít quá thì nước vẫn còn acid, thêm nhiều quá thì nước lại thành base, cả hai đều gây hại cho sông ngòi. Các kĩ sư môi trường tính toán đúng bằng quy trình bốn bước mà bạn đang học, chỉ khác là họ tính với hàng nghìn lít thay vì vài chục mL. Nếu bạn muốn ôn lại cách tính pOH trước khi làm bài tập trộn dung dịch, bạn có thể xem lại bài về pOH, vì dạng bài OH⁻ dư sẽ cần tới pOH trước khi suy ra pH. Khi cần bấm máy tính nhanh để kiểm tra phép logarit như log của 0,05 hay log của 0,025, 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 pH của dung dịch sau khi trộn 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 trộn dung dịch sau này. Đề bài cho: trộn 100 mL dung dịch HCl 0,1 M với 100 mL dung dịch NaOH 0,08 M, hỏi pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu. Bước một, bạn tính số mol: nH⁺ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol, nOH⁻ bằng 0,08 nhân 0,1 bằng 0,008 mol. Bước hai, bạn tìm chất dư: H⁺ nhiều hơn OH⁻, H⁺ dư bằng 0,01 trừ 0,008 bằng 0,002 mol, còn OH⁻ phản ứng hết. Bước ba, bạn tính nồng độ H⁺ dư: tổng thể tích sau khi trộn bằng 0,1 cộng 0,1 bằng 0,2 L, nồng độ H⁺ dư bằng 0,002 chia 0,2 bằng 0,01 M. Bước bốn, bạn tính pH: pH bằng trừ log của 0,01, bằng 2. Vậy pH của dung dịch sau khi trộn bằng 2, dung dịch có tính acid vì H⁺ dư. Bạn hãy đối chiếu từng con số trong bài giải với sơ đồ bốn bước ở đầu bài, vì sơ đồ ấy vẽ đúng bốn bước này và đáp án cuối cùng này.
Ví dụ 2 là dạng bài OH⁻ dư, để bạn thấy quy trình bốn bước cũng đúng khi base thắng acid. Đề bài: trộn 100 mL dung dịch NaOH 0,1 M với 100 mL dung dịch HCl 0,05 M, hỏi pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu. Bước một, bạn tính số mol: nOH⁻ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol, nH⁺ bằng 0,05 nhân 0,1 bằng 0,005 mol. Bước hai, bạn tìm chất dư: OH⁻ nhiều hơn H⁺, OH⁻ dư bằng 0,01 trừ 0,005 bằng 0,005 mol, còn H⁺ phản ứng hết. Bước ba, bạn tính nồng độ OH⁻ dư: tổng thể tích bằng 0,2 L, nồng độ OH⁻ dư bằng 0,005 chia 0,2 bằng 0,025 M. Bước bốn, bạn tính pOH trước: pOH bằng trừ log của 0,025, log của 0,025 bằng âm 1,60, đổi dấu được 1,60, vậy pOH bằng 1,60, rồi suy ra pH bằng 14 trừ 1,60, bằng 12,40. Vậy pH của dung dịch sau khi trộn bằng 12,40, dung dịch có tính base mạnh vì OH⁻ dư nhiều. Bạn hãy để ý, ở dạng bài OH⁻ dư, bạn không được tính thẳng pH từ nồng độ OH⁻, mà phải tính pOH trước rồi mới suy ra pH, vì công thức tính pH chỉ dùng nồng độ H⁺, không dùng nồng độ OH⁻.
Ví dụ 3 là dạng bài trung hòa vừa đủ, một dạng bài rất hay gặp trong đề kiểm tra vì nó dạy bạn nhận ra điểm đặc biệt của phản ứng trung hòa. Đề bài: trộn 50 mL dung dịch HCl 0,2 M với 50 mL dung dịch NaOH 0,2 M, hỏi pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu. Bước một, bạn tính số mol: nH⁺ bằng 0,2 nhân 0,05 bằng 0,01 mol, nOH⁻ bằng 0,2 nhân 0,05 bằng 0,01 mol. Bước hai, bạn tìm chất dư: hai số mol bằng nhau, H⁺ và OH⁻ phản ứng hết với nhau, không còn ion nào dư. Bước ba, bạn không cần tính nồng độ ion dư, vì không có ion dư. Bước bốn, bạn kết luận ngay: dung dịch sau khi trộn chỉ chứa nước và muối NaCl, không còn H⁺ hay OH⁻ dư, nên dung dịch trung tính và pH bằng 7. Vậy pH của dung dịch sau khi trộn bằng 7. Bạn hãy nhớ, đây là trường hợp duy nhất mà pH bằng 7 trong các bài toán trộn dung dịch, và nó xảy ra khi số mol H⁺ bằng đúng số mol OH⁻, không thừa không thiếu một chút nào.
Ví dụ 4 là dạng bài với thể tích hai dung dịch khác nhau, để bạn thấy tổng thể tích phải cộng cả hai thể tích lại với nhau. Đề bài: trộn 200 mL dung dịch HCl 0,1 M với 100 mL dung dịch NaOH 0,1 M, hỏi pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu. Bước một, bạn tính số mol: nH⁺ bằng 0,1 nhân 0,2 bằng 0,02 mol, nOH⁻ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol. Bước hai, bạn tìm chất dư: H⁺ nhiều hơn OH⁻, H⁺ dư bằng 0,02 trừ 0,01 bằng 0,01 mol. Bước ba, bạn tính nồng độ H⁺ dư: tổng thể tích bằng 0,2 cộng 0,1 bằng 0,3 L, nồng độ H⁺ dư bằng 0,01 chia 0,3 bằng 0,0333 M. Bước bốn, bạn tính pH: pH bằng trừ log của 0,0333, log của 0,0333 bằng âm 1,48, đổi dấu được 1,48, vậy pH bằng 1,48. Vậy pH của dung dịch sau khi trộn bằng 1,48, dung dịch có tính acid mạnh vì H⁺ dư nhiều. Bạn hãy để ý, nếu bạn quên cộng thể tích mà chia cho 0,2 L thay vì 0,3 L, bạn sẽ tính ra nồng độ bằng 0,05 M và pH bằng 1,30, sai lệch 0,18 đơn vị, đủ để mất điểm trong bài kiểm tra.
Năm lỗi sai thường gặp khi tính pH của dung dịch sau khi trộn và cách tránh
Lỗi thứ nhất là lấy trung bình cộng của hai pH ban đầu làm pH sau khi trộn. Dung dịch HCl có pH bằng 1, dung dịch NaOH có pH bằng 13, bạn lấy trung bình cộng được 7 rồi kết luận dung dịch sau khi trộn trung tính, trong khi đáp án đúng phụ thuộc vào số mol của từng bên, không phải trung bình cộng của pH. Cách tránh là bạn hãy quên hẳn ý nghĩ lấy trung bình cộng pH, và luôn đi qua quy trình bốn bước: tính mol, tìm chất dư, chia cho tổng thể tích, rồi mới tính pH. Bạn hãy nhớ, pH là thang logarit, không phải thang tuyến tính, nên không thể cộng trừ trung bình như số học thông thường.
Lỗi thứ hai là quên đổi thể tích từ mL sang L trước khi tính số mol. Đề bài cho 100 mL, bạn nhân thẳng 100 với 0,1, được 10 mol, một con số vô lí lớn hơn thực tế 100 lần. Cách tránh là bạn hãy đổi đơn vị ngay khi đọc đề bài, viết 100 mL bằng 0,1 L ngay bên cạnh đề bài, rồi mới nhân với nồng độ. Bạn hãy nhớ, nồng độ mol có đơn vị là mol trên lít, nên thể tích nhất định phải tính bằng lít, không được tính bằng mL.
Lỗi thứ ba là chia số mol dư cho thể tích của một dung dịch thay vì tổng thể tích của cả hai dung dịch. Bạn tính được H⁺ dư 0,002 mol, rồi chia cho 0,1 L, được 0,02 M, trong khi đáp án đúng là chia cho 0,2 L, được 0,01 M. Cách tránh là bạn hãy viết rõ tổng thể tích ra giấy: V tổng bằng V một cộng V hai, ví dụ 0,1 cộng 0,1 bằng 0,2 L, rồi mới lấy số mol dư chia cho tổng thể tích ấy. Bạn hãy nhớ, sau khi trộn, ion dư phân bố trong toàn bộ dung dịch mới, không chỉ trong một nửa dung dịch cũ.
Lỗi thứ tư là tính thẳng pH từ nồng độ OH⁻ dư mà không qua pOH. Đề bài cho OH⁻ dư 0,025 M, bạn tính pH bằng trừ log của 0,025, được 1,60, rồi kết luận dung dịch có tính acid, trong khi đáp án đúng là pH bằng 12,40 và dung dịch có tính base. Cách tránh là bạn hãy nhớ, công thức tính pH chỉ dùng nồng độ H⁺, còn nồng độ OH⁻ thì phải tính pOH trước, rồi mới suy ra pH bằng 14 trừ pOH. Bạn hãy viết rõ hai bước này ra giấy: bước một tính pOH, bước hai tính pH, đừng bao giờ gộp hai bước thành một.
Lỗi thứ năm là kết luận pH bằng 7 cho mọi bài toán trộn acid và base. Bạn thấy hai dung dịch trộn với nhau thì đoán pH bằng 7, mà không kiểm tra số mol hai bên có bằng nhau hay không. Cách tránh là bạn hãy luôn tính số mol trước rồi mới kết luận: chỉ khi số mol H⁺ bằng đúng số mol OH⁻ thì pH mới bằng 7, còn khi số mol khác nhau thì pH nhất định khác 7, nhỏ hơn 7 nếu H⁺ dư, lớn hơn 7 nếu OH⁻ dư. Bạn hãy nhớ, trung hòa vừa đủ là trường hợp đặc biệt, không phải trường hợp mặc định.
Năm bài tập trắc nghiệm tự luyện
Bạn hãy làm năm câu trắc nghiệm dưới đây mà không nhìn đáp án trước, tính số mol cẩn thận từng câu, viết rõ chất dư 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: Trộn 100 mL dung dịch HCl 0,1 M với 100 mL dung dịch NaOH 0,1 M. pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu?
A. 7
B. 1
C. 13
D. 2
Câu 2: Trộn 100 mL dung dịch HCl 0,2 M với 100 mL dung dịch NaOH 0,1 M. pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu?
A. 1,30
B. 2
C. 0,70
D. 12,70
Câu 3: Trộn 50 mL dung dịch NaOH 0,2 M với 50 mL dung dịch HCl 0,1 M. pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu?
A. 12,70
B. 1,30
C. 7
D. 11,30
Câu 4: Trộn 100 mL dung dịch HCl 0,1 M với 200 mL dung dịch NaOH 0,1 M. pH của dung dịch sau khi trộn bằng bao nhiêu?
A. 12,52
B. 1,48
C. 7
D. 13,48
Câu 5: Yếu tố nào quyết định pH của dung dịch sau khi trộn acid và base?
A. Thể tích của dung dịch
B. Số mol H⁺ và OH⁻ dư sau phản ứng
C. Màu sắc của dung dịch
D. Nhiệt độ của dung dịch
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 | A | A | B |
Câu 1, đáp án đúng là A, 7. Bạn tính số mol: nH⁺ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol, nOH⁻ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol, hai số mol bằng nhau nên H⁺ và OH⁻ phản ứng hết với nhau, không còn ion nào dư, dung dịch trung tính và pH bằng 7. Đáp án B là 1 là sai, vì pH bằng 1 là pH của dung dịch HCl 0,1 M ban đầu, chứ không phải pH sau khi trộn, sau khi trộn H⁺ đã phản ứng hết với OH⁻ rồi. Đáp án C là 13 là sai, vì pH bằng 13 là pH của dung dịch NaOH 0,1 M ban đầu, chứ không phải pH sau khi trộn. Đáp án D là 2 là sai, vì pH bằng 2 là đáp án của ví dụ 1, khi NaOH chỉ có 0,08 M, còn ở câu này NaOH có 0,1 M nên trung hòa vừa đủ.
Câu 2, đáp án đúng là A, 1,30. Bạn tính số mol: nH⁺ bằng 0,2 nhân 0,1 bằng 0,02 mol, nOH⁻ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol, H⁺ dư bằng 0,02 trừ 0,01 bằng 0,01 mol. Tổng thể tích bằng 0,2 L, nồng độ H⁺ dư bằng 0,01 chia 0,2 bằng 0,05 M, pH bằng trừ log của 0,05, bằng 1,30. Đáp án B là 2 là sai, vì pH bằng 2 ứng với nồng độ H⁺ dư bằng 0,01 M, nhỏ hơn 5 lần so với đáp án đúng. Đáp án C là 0,70 là sai, vì 0,70 bằng trừ log của 0,2 — bạn đã lấy thể tích tổng 0,2 L làm nồng độ thay vì lấy số mol H⁺ dư chia cho tổng thể tích. Đáp án D là 12,70 là sai, vì đó là pH của dung dịch khi OH⁻ dư với cùng nồng độ 0,05 M, nhưng ở câu này H⁺ dư chứ không phải OH⁻ dư, nên pH phải nhỏ hơn 7 chứ không thể lớn hơn 7.
Câu 3, đáp án đúng là A, 12,70. Bạn tính số mol: nOH⁻ bằng 0,2 nhân 0,05 bằng 0,01 mol, nH⁺ bằng 0,1 nhân 0,05 bằng 0,005 mol, OH⁻ dư bằng 0,01 trừ 0,005 bằng 0,005 mol. Tổng thể tích bằng 0,1 L, nồng độ OH⁻ dư bằng 0,005 chia 0,1 bằng 0,05 M, pOH bằng trừ log của 0,05, bằng 1,30, pH bằng 14 trừ 1,30, bằng 12,70. Đáp án B là 1,30 là sai, vì 1,30 là pOH của dung dịch, chứ không phải pH, bạn đã quên bước suy ra pH bằng 14 trừ pOH. Đáp án C là 7 là sai, vì hai số mol không bằng nhau, OH⁻ dư nên dung dịch có tính base và pH phải lớn hơn 7. Đáp án D là 11,30 là sai, vì bạn đã tính pOH bằng 2,70 thay vì 1,30, tức là lấy log của 0,005 thay vì log của 0,05, bạn đã quên chia số mol dư cho tổng thể tích.
Câu 4, đáp án đúng là A, 12,52. Bạn tính số mol: nH⁺ bằng 0,1 nhân 0,1 bằng 0,01 mol, nOH⁻ bằng 0,1 nhân 0,2 bằng 0,02 mol, OH⁻ dư bằng 0,02 trừ 0,01 bằng 0,01 mol. Tổng thể tích bằng 0,3 L, nồng độ OH⁻ dư bằng 0,01 chia 0,3 bằng 0,0333 M, pOH bằng trừ log của 0,0333, bằng 1,48, pH bằng 14 trừ 1,48, bằng 12,52. Đáp án B là 1,48 là sai, vì 1,48 là pOH của dung dịch, chứ không phải pH, bạn đã quên bước suy ra pH bằng 14 trừ pOH. Đáp án C là 7 là sai, vì hai số mol không bằng nhau, OH⁻ dư nên dung dịch có tính base và pH phải lớn hơn 7. Đáp án D là 13,48 là sai, vì bạn đã tính pOH bằng 0,52 thay vì 1,48, tức là lấy log của 0,3 thay vì log của 0,0333, bạn đã nhầm lẫn giữa thể tích và nồng độ.
Câu 5, đáp án đúng là B, số mol H⁺ và OH⁻ dư sau phản ứng. Đây là câu hỏi lí thuyết, bạn chỉ cần nhớ quy tắc vàng của bài học: ai dư, người đó quyết định pH. H⁺ dư thì dung dịch có tính acid, OH⁻ dư thì dung dịch có tính base, không dư thì dung dịch trung tính. Đáp án A là thể tích của dung dịch là sai, vì thể tích chỉ ảnh hưởng tới nồng độ của ion dư, chứ không quyết định ion nào dư, hai dung dịch cùng thể tích nhưng nồng độ khác nhau thì pH sau khi trộn cũng khác nhau. Đáp án C là màu sắc của dung dịch là sai, vì màu sắc không liên quan gì tới pH, dung dịch không màu vẫn có thể có pH bằng 1 hoặc bằng 13. Đáp án D là nhiệt độ của dung dịch là sai, vì nhiệt độ chỉ ảnh hưởng nhỏ tới tích số ion của nước, còn yếu tố quyết định pH sau khi trộn là số mol ion dư, không phải nhiệt độ.
Năm câu hỏi thường gặp về pH của dung dịch sau khi trộn
Câu hỏi 1: Có thể tính pH sau khi trộn bằng cách lấy trung bình cộng của hai pH ban đầu không? Trả lời: không, tuyệt đối không được, vì pH là thang logarit, không phải thang tuyến tính, và acid với base khi trộn với nhau sẽ phản ứng với nhau làm thay đổi hoàn toàn nồng độ của các ion. Bạn phải tính số mol H⁺ và OH⁻, tìm chất dư, chia cho tổng thể tích, rồi mới tính pH. Bạn hãy nhớ, lấy trung bình cộng pH là lỗi sai nghiêm trọng nhất của bài học này, và đề thi rất hay gài đáp án nhiễu là trung bình cộng của hai pH.
Câu hỏi 2: Vì sao phải chia số mol dư cho tổng thể tích mà không phải thể tích của một dung dịch? Trả lời: vì sau khi trộn, ion dư phân bố đều trong toàn bộ dung dịch mới, gồm cả hai dung dịch ban đầu gộp lại, nên thể tích dùng để tính nồng độ phải là tổng thể tích. Bạn hãy tưởng tượng bạn hòa một thìa muối vào một ly nước, rồi đổ thêm một ly nước nữa vào, muối sẽ loãng đi một nửa, vì thể tích đã tăng gấp đôi. Ion dư sau khi trộn cũng loãng đi như vậy, nên bạn phải chia cho tổng thể tích.
Câu hỏi 3: Khi nào pH sau khi trộn bằng 7? Trả lời: khi số mol H⁺ bằng đúng số mol OH⁻, hai ion phản ứng hết với nhau, không còn ion nào dư, dung dịch chỉ chứa nước và muối, nên trung tính và pH bằng 7. Bạn hãy nhớ, điều kiện này là số mol bằng nhau, không phải thể tích bằng nhau hay nồng độ bằng nhau, vì hai dung dịch cùng thể tích nhưng nồng độ khác nhau thì số mol cũng khác nhau, pH sau khi trộn sẽ khác 7.
Câu hỏi 4: Nếu trộn hai dung dịch acid với nhau thì tính pH như thế nào? Trả lời: bạn cộng số mol H⁺ của hai dung dịch lại với nhau, vì hai dung dịch acid không phản ứng với nhau, rồi chia tổng số mol cho tổng thể tích để được nồng độ H⁺, sau đó tính pH bằng trừ log của nồng độ ấy. Quy trình này đơn giản hơn trộn acid với base, vì không có phản ứng trung hòa, không có chất dư, chỉ có phép cộng số mol. Bạn hãy nhớ, bài học hôm nay chỉ xét trộn acid với base, còn trộn hai acid hay hai base với nhau là dạng bài mở rộng mà bạn sẽ gặp ở các bài tập nâng cao.
Câu hỏi 5: pH sau khi trộn có ứng dụng gì trong đời sống? Trả lời: pH sau khi trộn được dùng để tính lượng base cần thêm vào nước thải acid trước khi xả ra sông, để tính lượng acid cần thêm vào đất kiềm trước khi trồng cây, và để pha chế các dung dịch đệm trong y học. Ví dụ, bác sĩ pha dung dịch truyền cho bệnh nhân phải tính thật chính xác pH sau khi trộn nhiều dung dịch với nhau, vì pH của dung dịch truyền mà lệch khỏi pH của máu thì bệnh nhân sẽ gặp nguy hiểm. Bạn hãy nhớ, quy trình bốn bước mà bạn đang học không chỉ là bài tập trong sách, mà là công cụ mà các kĩ sư và bác sĩ dùng mỗi ngày.
Kết luận: tính mol, tìm chất dư, chia cho tổng thể tích, rồi mới tính pH
Bạn đã đi hết một vòng tròn rất đẹp của bài học hôm nay: bắt đầu từ ly nước chanh chua gắt dịu dần khi thêm đường và mật ong, bạn đã hiểu phản ứng trung hòa là gì, bạn đã học quy trình bốn bước tính pH sau khi trộn, bạn đã làm bốn ví dụ tính từng bước từ trộn HCl với NaOH ra pH bằng 2 tới trộn vừa đủ ra pH bằng 7, 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, không bao giờ lấy trung bình cộng của hai pH; thứ hai, phải đổi thể tích sang lít và chia số mol dư cho tổng thể tích; thứ ba, ai dư thì người đó quyết định pH, H⁺ dư thì pH nhỏ hơn 7, OH⁻ dư thì pH lớn hơn 7, không dư thì pH bằng 7.
Bài học này cũng mở ra cho bạn một cách nhìn mới về thế giới xung quanh: mỗi lần bạn pha nước chanh, pha trà hay nhìn công nhân xử lí nước thải, bạn đều đang chứng kiến một phép trộn dung dịch diễn ra ngay trước mắt. Bạn hãy thử tự tính pH khi trộn một ly nước chanh với một ly nước vôi trong, 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 pOH và bài về chuẩn độ acid–base, và bạn có thể dùng máy tính Casio online để kiểm tra lại phép logarit của mình cho thật chắc chắn. Chúc bạn làm bài kiểm tra tới đây thật tốt, và chúc bạn từ hôm nay sẽ là người pha chế giỏi nhất nhà, biết rõ ly nước của mình chua hay ngọt, acid hay base, chỉ bằng một phép tính.