Bảng pH dung dịch thường gặp trong hoá học
pH là thang đo mức độ acid hoặc base của dung dịch. Trong chương trình hoá học phổ thông, pH giúp học sinh nhận biết môi trường dung dịch, so sánh độ acid-base, dự đoán màu chất chỉ thị và giải các bài tập liên quan đến acid, base, muối, phản ứng trung hoà.
Ở 25°C, thang pH thường được hiểu đơn giản như sau: pH < 7 là môi trường acid, pH = 7 là trung tính, pH > 7 là môi trường base. Tuy nhiên, để học sâu hơn, cần hiểu pH phụ thuộc vào nồng độ H+, độ mạnh acid-base, nồng độ dung dịch và sự thuỷ phân của muối.
Bài này nên đọc kèm pH là gì, acid, base, bảng acid mạnh acid yếu, bảng base mạnh base yếu, bảng chất chỉ thị acid-base và bảng phản ứng trung hoà.
Bảng phân loại môi trường theo pH
| Khoảng pH | Môi trường | Ý nghĩa | Ví dụ thường gặp |
|---|---|---|---|
| 0 – dưới 3 | Acid mạnh hoặc acid khá đậm | Nồng độ H+ cao | HCl, HNO3 loãng vừa phải |
| 3 – dưới 7 | Acid yếu hoặc acid loãng | Có tính acid | CH3COOH loãng, nước có CO2 |
| 7 | Trung tính | [H+] và [OH–] cân bằng ở 25°C | Nước tinh khiết ở 25°C |
| Trên 7 – 11 | Base yếu hoặc base loãng | Có tính base | NH3 loãng, dung dịch muối có tính base |
| Trên 11 – 14 | Base mạnh hoặc base khá đậm | Nồng độ OH– cao | NaOH, KOH |
Thang pH 0-14 là cách mô tả phổ thông cho dung dịch nước loãng. Với dung dịch rất đậm đặc hoặc điều kiện đặc biệt, pH có thể nằm ngoài khoảng này, nhưng không cần dùng trong hầu hết bài phổ thông.
Bảng pH một số dung dịch quen thuộc
| Dung dịch/chất | pH tham khảo | Môi trường | Ghi nhớ |
|---|---|---|---|
| Dung dịch HCl | Rất thấp, tuỳ nồng độ | Acid | Acid mạnh |
| Dung dịch HNO3 | Rất thấp, tuỳ nồng độ | Acid | Acid mạnh, có tính oxi hoá |
| Dung dịch CH3COOH | Nhỏ hơn 7 | Acid | Acid yếu |
| Nước tinh khiết | Khoảng 7 ở 25°C | Trung tính | Mốc so sánh phổ thông |
| Dung dịch NaCl | Gần 7 | Gần trung tính | Muối của acid mạnh và base mạnh |
| Dung dịch NH3 | Lớn hơn 7 | Base | Base yếu |
| Dung dịch NaOH | Cao, tuỳ nồng độ | Base | Base mạnh |
| Nước vôi trong Ca(OH)2 | Lớn hơn 7 | Base | Dùng nhận biết CO2 |
pH thực tế phụ thuộc mạnh vào nồng độ. Vì vậy không nên học thuộc một số pH cố định cho mọi dung dịch. Ví dụ HCl 1 M, HCl 0,1 M và HCl 0,001 M đều là acid mạnh nhưng pH khác nhau.
Công thức pH cơ bản cần nhớ
Ở mức phổ thông nâng cao, pH được định nghĩa theo nồng độ ion H+:
pH = -log[H+]
Với dung dịch base, thường dùng thêm:
pOH = -log[OH–]
Ở 25°C:
pH + pOH = 14
| Đại lượng | Công thức | Khi dùng |
|---|---|---|
| pH | pH = -log[H+] | Khi biết nồng độ H+ |
| pOH | pOH = -log[OH–] | Khi biết nồng độ OH– |
| Liên hệ pH-pOH | pH + pOH = 14 | Dung dịch nước ở 25°C |
pH của acid mạnh
Với acid mạnh một nấc như HCl, HNO3, nếu nồng độ acid là C mol/L thì có thể xem [H+] ≈ C.
Ví dụ: Tính pH của dung dịch HCl 0,01 M.
HCl → H+ + Cl–
[H+] = 0,01 = 10-2 MpH = -log(10-2) = 2
Với H2SO4, cần thận trọng hơn vì acid có hai nấc phân li; trong bài phổ thông cơ bản đôi khi chỉ xét nấc đầu mạnh hoặc theo hướng dẫn của đề.
pH của base mạnh
Với base mạnh như NaOH, nếu nồng độ NaOH là C mol/L thì [OH–] ≈ C. Sau đó tính pOH rồi suy ra pH.
Ví dụ: Tính pH của dung dịch NaOH 0,001 M ở 25°C.
[OH–] = 0,001 = 10-3 MpOH = 3
pH = 14 – 3 = 11
Nếu base có nhiều nhóm OH như Ba(OH)2, cần nhân theo hệ số phân li. Ví dụ Ba(OH)2 0,01 M tạo khoảng 0,02 M OH– nếu phân li hoàn toàn.
pH của acid yếu và base yếu
Acid yếu và base yếu không phân li hoàn toàn, nên không thể lấy [H+] hoặc [OH–] đơn giản bằng nồng độ ban đầu như acid/base mạnh. Cần dùng hằng số phân li acid Ka hoặc hằng số base Kb nếu đề yêu cầu tính chính xác.
Ở mức nhận biết, chỉ cần nhớ:
| Dung dịch cùng nồng độ | pH tương đối | Giải thích |
|---|---|---|
| HCl và CH3COOH | HCl có pH thấp hơn | HCl là acid mạnh, tạo nhiều H+ |
| NaOH và NH3 | NaOH có pH cao hơn | NaOH là base mạnh, tạo nhiều OH– |
pH của dung dịch muối
Dung dịch muối không phải lúc nào cũng trung tính. pH của muối phụ thuộc vào acid và base tạo nên muối đó.
| Loại muối | Ví dụ | pH dự đoán | Giải thích |
|---|---|---|---|
| Acid mạnh + base mạnh | NaCl, KNO3 | Gần 7 | Ion hầu như không thuỷ phân |
| Acid yếu + base mạnh | CH3COONa, Na2CO3 | Lớn hơn 7 | Anion có tính base |
| Acid mạnh + base yếu | NH4Cl | Nhỏ hơn 7 | Cation NH4+ có tính acid |
Ở chương trình cơ bản, nhiều bài chỉ xét muối như NaCl là gần trung tính. Nhưng nếu học sâu, cần nhớ muối có thể làm dung dịch acid hoặc base do thuỷ phân.
Bảng màu chỉ thị theo pH
| Chỉ thị | pH acid | pH trung tính | pH base | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| Quỳ tím | Đỏ | Tím | Xanh | Nhận biết acid/base nhanh |
| Phenolphthalein | Không màu | Không màu | Hồng | Nhận biết môi trường kiềm, chuẩn độ |
| Giấy pH | Màu theo thang pH | Màu gần pH 7 | Màu theo thang pH | Ước lượng pH rộng hơn |
Muốn dùng chỉ thị đúng, cần hiểu khoảng chuyển màu. Một số chỉ thị chỉ đổi màu rõ trong khoảng pH nhất định, không phải cứ acid-base là đổi màu giống nhau.
Bài tập ví dụ về pH
Bài 1
Dung dịch có pH = 3 là acid, base hay trung tính?
Lời giải: pH = 3 nhỏ hơn 7 nên dung dịch có môi trường acid.
Bài 2
Dung dịch có pH = 12 làm quỳ tím đổi màu gì?
Lời giải: pH = 12 là môi trường base, làm quỳ tím hoá xanh.
Bài 3
Tính pH của HCl 0,001 M.
Lời giải: HCl là acid mạnh một nấc nên [H+] = 10-3 M. pH = 3.
Bài 4
Tính pH của NaOH 0,01 M ở 25°C.
Lời giải: [OH–] = 10-2 M nên pOH = 2. pH = 14 – 2 = 12.
Bài 5
NaCl và CH3COONa, dung dịch nào có tính base hơn?
Lời giải: CH3COONa có tính base hơn do ion CH3COO– là gốc của acid yếu và có thể thuỷ phân tạo môi trường base.
Những lỗi thường gặp khi học pH
Lỗi đầu tiên là nghĩ pH luôn từ 0 đến 14 trong mọi trường hợp. Trong chương trình phổ thông, thang 0-14 là mô hình đơn giản cho dung dịch nước loãng.
Lỗi thứ hai là kết luận acid mạnh chỉ dựa vào pH mà không xét nồng độ. Acid mạnh rất loãng có thể có pH không quá thấp.
Lỗi thứ ba là quên đổi pOH sang pH khi tính base mạnh.
Lỗi thứ tư là nghĩ mọi muối có pH = 7. Một số muối có môi trường acid hoặc base do thuỷ phân.
Lỗi thứ năm là dùng giấy pH như phép đo tuyệt đối chính xác. Giấy pH chỉ cho giá trị gần đúng; muốn đo chính xác hơn cần pH meter.
Kết luận
Bảng pH dung dịch giúp học sinh phân loại nhanh môi trường acid, trung tính và base. pH nhỏ hơn 7 là acid, pH bằng 7 gần trung tính, pH lớn hơn 7 là base ở điều kiện phổ thông. Muốn học sâu, cần hiểu pH liên quan đến [H+], pOH liên quan đến [OH–], acid/base mạnh phân li nhiều hơn acid/base yếu, và dung dịch muối có thể không trung tính do thuỷ phân.
Tài liệu tham khảo
- IUPAC Gold Book – pH: https://goldbook.iupac.org/terms/view/P04524
- IUPAC Gold Book – Hydrogen ion activity: https://goldbook.iupac.org/terms/view/H02905
- Royal Society of Chemistry – pH and indicators: https://edu.rsc.org/
- Chemistry LibreTexts – pH and pOH: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry
