Tổng Hợp 4+ Công Thức Tính pH Chuẩn Nhất 2025 (Kèm Ví Dụ & Bảng Tra)

Hiểu và tính toán độ pH là một trong những kỹ năng cơ bản và quan trọng nhất trong hóa học, có ảnh hưởng sâu rộng từ các quy trình công nghiệp, xử lý nước đến các hệ thống sinh học. Độ pH, thang đo độ axit hoặc bazơ của một dung dịch, quyết định tính chất và khả năng phản ứng của nhiều loại hóa chất.

Bài viết này sẽ cung cấp 5 công thức tính pH chuẩn và chính xác nhất, áp dụng cho từng trường hợp cụ thể từ axit mạnh, bazơ yếu đến dung dịch đệm, kèm theo hướng dẫn chi tiết và ví dụ minh họa dễ hiểu.

Hình ảnh cấu trúc của một số Axit, Bazo và Muối thường gặp

Để dễ hình dung hơn, dưới đây là cấu trúc phân tử của các hóa chất được đề cập trong các ví dụ tính toán pH.

Phương Pháp 1: Tính pH Dung Dịch Axit Mạnh

Đối với axit mạnh, pH được tính bằng công thức: pH = -log(Ca), trong đó Ca là nồng độ mol của axit, do chúng điện li hoàn toàn trong nước.

Axit mạnh là những chất điện li hoàn toàn trong nước, nghĩa là nồng độ ion H⁺ bằng với nồng độ ban đầu của axit (Ca). Các ví dụ điển hình bao gồm Axit clohidric (HCl) và Axit sunfuric (H₂SO₄).

Công thức: pH = -log(Ca)

Trong đó: Ca là nồng độ mol của axit (đơn vị: mol/L).

Hướng dẫn các bước tính:

1. Xác định nồng độ Ca của axit.
2. Sử dụng máy tính để tính logarit cơ số 10 của Ca.
3. Áp dụng công thức: pH = -log(Ca).

Ví dụ: Tính pH của dung dịch HCl 0.01 M.

• Ca = 0.01 M
• log(0.01) = -2
• pH = -(-2) = 2

Phương Pháp 2: Tính pH Dung Dịch Axit Yếu

Với axit yếu điện li một phần, pH được tính gần đúng bằng công thức: pH = ½ pKa – ½ log(Ca). Công thức này yêu cầu hằng số điện li axit (Ka).

Không giống axit mạnh, axit yếu chỉ điện li một phần. Axit axetic (CH₃COOH), một loại axit cacboxylic, là một ví dụ phổ biến. Để tính pH, chúng ta cần sử dụng hằng số điện li axit Ka.

Công thức: pH = ½ pKa - ½ log(Ca)

Trong đó: pKa = -log(Ka).

Hướng dẫn các bước tính:

1. Tra cứu hằng số Ka của axit (ví dụ: Ka của axit axetic là 1.8×10⁻⁵).
2. Tính pKa = -log(Ka).
3. Thay các giá trị Ca và pKa vào công thức để tính pH.

Ví dụ: Tính pH của dung dịch axit axetic 0.1 M.

• Ka = 1.8×10⁻⁵
• pKa = -log(1.8×10⁻⁵) ≈ 4.74
• log(0.1) = -1
• pH = ½ (4.74) – ½ (-1) = 2.37 + 0.5 = 2.87

*Lưu ý: Công thức này là công thức gần đúng, áp dụng tốt nhất khi Ca > 1000 Ka.*

Phương Pháp 3: Tính pH Dung Dịch Bazơ Mạnh

Đối với bazơ mạnh, ta tính pOH trước bằng công thức pOH = -log(Cb), sau đó tính pH bằng pH = 14 – pOH. Một cách tính nhanh là pH = 14 + log(Cb).

Tương tự axit mạnh, bazơ mạnh điện li hoàn toàn để tạo ra ion OH⁻. Natri hydroxit (NaOH), hay còn gọi là xút, là một trong những bazơ mạnh nhất và được sử dụng rộng rãi.

Công thức: pH = 14 + log(Cb)

Trong đó: Cb là nồng độ mol của bazơ.

Hướng dẫn các bước tính:

1. Xác định nồng độ Cb.
2. Tính pOH = -log(Cb).
3. Tính pH theo công thức pH = 14 – pOH.

Ví dụ: Tính pH của dung dịch NaOH 0.001 M.

• Cb = 0.001 M
• pOH = -log(0.001) = 3
• pH = 14 – 3 = 11

Phương Pháp 4: Tính pH Dung Dịch Bazơ Yếu

Với bazơ yếu, ta tính pOH theo công thức gần đúng: pOH = ½ pKb – ½ log(Cb), sau đó suy ra pH bằng cách lấy 14 – pOH.

Bazơ yếu, như amoniac (NH₃), không điện li hoàn toàn. Chúng ta cần hằng số điện li bazơ Kb để tính toán.

Công thức đúng: pOH = ½ pKb - ½ log(Cb) và pH = 14 - pOH

Trong đó: pKb = -log(Kb).

Hướng dẫn các bước tính:

1. Tìm giá trị Kb của bazơ (ví dụ: Kb của NH₃ là 1.8×10⁻⁵).
2. Tính pKb = -log(Kb).
3. Tính pOH từ pKb và Cb.
4. Tính pH = 14 – pOH.

Ví dụ: Tính pH của dung dịch NH₃ 0.1 M.

• Kb = 1.8×10⁻⁵
• pKb ≈ 4.74
• pOH = ½ (4.74) – ½ log(0.1) = 2.37 + 0.5 = 2.87
• pH = 14 – 2.87 = 11.13

Phương Pháp 5: Tính pH Dung Dịch Đệm

pH của dung dịch đệm được tính bằng phương trình Henderson-Hasselbalch: pH = pKa + log([Bazơ liên hợp]/[Axit]). Phương trình này cho thấy pH của hệ đệm phụ thuộc vào pKa và tỉ lệ nồng độ của cặp axit-bazơ liên hợp.

Dung dịch đệm là hỗn hợp của một axit yếu và muối của nó (bazơ liên hợp), hoặc một bazơ yếu và muối của nó (axit liên hợp). Chúng có khả năng chống lại sự thay đổi pH đột ngột.

Công thức: pH = pKa + log([Bazơ liên hợp]/[Axit])

Hướng dẫn các bước tính:

1. Xác định pKa của axit yếu trong hệ đệm.
2. Xác định nồng độ của axit (Ca) và bazơ liên hợp (Cb).
3. Áp dụng công thức.

Ví dụ: Dung dịch đệm chứa 0.1 M axit axetic và 0.1 M natri axetat.

• pKa của axit axetic là 4.74.
• [Axit] = 0.1 M, [Bazơ liên hợp] = 0.1 M.
• pH = 4.74 + log(0.1 / 0.1) = 4.74 + log(1) = 4.74

So Sánh 5 Công Thức Tính pH

Câu Hỏi Thường Gặp (FAQ)

1. pH có thể là số âm không?

Có, pH hoàn toàn có thể là số âm. Điều này xảy ra với các dung dịch axit mạnh có nồng độ lớn hơn 1 M. Ví dụ, dung dịch HCl 10 M có pH = -log(10) = -1.

2. Làm thế nào để xác định độ pH mà không cần tính toán?

Bạn có thể sử dụng các công cụ đơn giản như chất chỉ thị màu (ví dụ: giấy quỳ tím, phenolphthalein) hoặc dùng máy đo pH điện tử để có kết quả chính xác và nhanh chóng.

3. Tại sao pH của nước tinh khiết là 7?

Ở điều kiện tiêu chuẩn (25°C), nước tinh khiết có sự tự điện li cân bằng H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻, tạo ra nồng độ ion [H⁺] và [OH⁻] bằng nhau và bằng 10⁻⁷ M. Do đó, pH = -log(10⁻⁷) = 7, thể hiện môi trường trung tính.

4. Khi nào cần phải giải phương trình bậc hai để tính pH?

Khi tính pH cho axit yếu hoặc bazơ yếu quá loãng hoặc có hằng số điện li tương đối lớn (điều kiện Ca/Ka < 1000), công thức gần đúng sẽ gây sai số đáng kể. Lúc này, cần giải phương trình điện li bậc hai để tìm nồng độ ion [H⁺] hoặc [OH⁻] một cách chính xác.

5. Mua các hóa chất như axit, bazơ ở đâu uy tín?

Để đảm bảo an toàn và chất lượng cho thí nghiệm cũng như sản xuất, bạn nên tìm đến các nhà cung cấp hóa chất uy tín. Hoá chất Doanh Tín là một trong những địa chỉ đáng tin cậy, chuyên cung cấp đa dạng các loại hóa chất công nghiệp và hóa chất phòng thí nghiệm đạt tiêu chuẩn chất lượng cao.