Phương pháp bảo toàn điện tích giải nhanh bài tập Hóa học THPT - THI247.com

(1)

khangvietbook.com.vn ĐT: (08) 39103821 – 0903906848

I. PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH 1. Nội dung phương pháp bảo toàn điện tích - Nguyên tử, phân tử luôn trung hòa về điện:

electron= proton

 

- Cơ sở của phương pháp bảo toàn điện tích là định luật bảo toàn điện tích:

Trong một hệ cô lập điện tích được bảo toàn

Suy ra trong phân tử hợp chất ion hoặc dung dịch chất điện li, tổng giá trị điện tích dương bằng tổng giá trị điện tích âm.

- Hệ quả của của định luật bảo toàn điện tích:

®iÖn tÝch cña ion d¬ng ®iÖn tÝch cña ion ©m

n = n

 

- Với các bài toán nâng cao thì, ta thường sử dụng 2 bước để giải:

+ Xác định trong dung dịch gồm nhưng ion nào.

+ Áp dụng



ⁿ^{( )}₋ ₌



ⁿ^{( )}₊ để giải tiếp yêu cầu bài toán.

 Hệ quả 1:

Trong dung dịch:



=



ion d¬ng ion ©m

n . gi¸ trÞ ®iÖn tÝch d¬ng n . gi¸ trÞ ®iÖn tÝch ©m Bài tập ví dụ

Ví dụ 1: Dung dịch X có a mol Mg²⁺, b mol Na⁺, c mol, d molNO₃⁻, e mol Cl⁻ Tìm mối quan hệ về số mol của các ion trong X.

Hướng dẫn giải Theo hệ quả 1 của định luật bảo toàn điện tích, ta có:

+ + − − −

+ = −  + = + +  + =

⎯⎯⎯→



^{( )}



^{( )} Mg² Na SO₄² NO₃ + +

BT§T

n n n n n n nCl 2a b 2c d e

Ví dụ 2: Một dung dịch có chứa 4 ion với thành phần: 0,01 mol Na⁺, 0,02 mol Mg²⁺, 0,015 mol SO²₄⁻, x molCl⁻. Giá trị của x là

A. 0,015. B. 0,035. C. 0,02. D. 0,01.

Hướng dẫn giải

+

+ −

−

+ ⎯⎯⎯→

+

= =

=

  



^{( )}^{( )} ^BT§T ^{( )} ^{( )}

0,01.1 0,02.2 0.01

n

n n

5.2 x.1 n

+ = + 

0,01.1 0,02.2 0.015.2 x.1 x=0,02 mol

Ví dụ 3: Dung dịch X có chứa a mol Na⁺, b mol Mg²⁺, c molCl^–và d molSO²₄⁻. Biểu thức liên hệ giữa a, b, c, d là:

A. a + 2b = c + 2d B. a + 2b = c + d

Chuyên đề 6:

BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

Chuyên đề gồm 44 trang

(2)

khangvietbook.com.vn ĐT: (08) 39103821 – 0903906848 C. a + b = c + d D. 2a + b = 2c + d

+

+ −

−

= + =

= + ⎯⎯⎯→  + = +

  



^BT§T

( )

( ) ( )

( )

a.1 b.2

n n n a 2b

c.1 d.2 c

n 2d

Ví dụ 4: Một dung dịch có chứa 4 ion với thành phần: 0,5 mol Na⁺, 1 mol Mg²⁺, a mol HCO₃⁻ , b mol Cl⁻. Biểu thức liên hệ giữa a, b là:

A. a + 2b = 2,5 B. a + b = 1,5

C. a + 2b = 3 D. a + b = 2

+

+ −

−

= + =

⎯⎯⎯→  = +

= +

  



^{( )}⁽ ⁾ ^BT^§^T ^{( )} ^{( )}

0,5.1

n 1.2

a n n 2,5

n a b

b

Ví dụ 5: Dung dịch A chứa 6 ion với thành phần: a mol Na⁺, b mol Mg²⁺, c mol K⁺; 0,06 molHCO₃⁻; 0,08 mol Cl⁻và 0,1 mol NO₃⁻. Biểu thức liên hệ giữa a, b, c là:

A.a+2b+ =c 0,24 B.a+ + =b c 0,24 C.a+2b+ =c 0,2 D.a+ + =b c 0,2

+

+ −

−

+ +

⎯⎯⎯→ + =

+

= =

+ 

=

  



( )

( ) ( )

BT§T ( )

a 2b c

a + 2b c 0,24 0,08.1 0,1.1

n

n n

n 0,06.1

Ví dụ 6: Dung dịch X chứa: 0,07 mol Na⁺; 0,02 mol SO²₄⁻và x mol OH .⁻ Dung dịch Y có chứa ClO , NO₄⁻ ₃⁻ và y molH⁺.Tổng số molClO₄⁻ và NO₃⁻ là 0,04. Trộn X với Y thu được 100 ml dung dịch Z. Dung dịch Z có pH (bỏ qua sự điện li của nước) là:

A. 2 B.12 C. 13 D. 1

(Trích đại học khối A năm 2010) Hướng dẫn giải

+

+ −

− +

+ −

−

⎯⎯⎯⎯→ = ⎯⎯⎯→

+

⎯

=  =

=

⎯⎯⎯→ = ⎯⎯⎯→

=  =

=

  



  



( )

(

dung dÞch X BT§T

dung dÞch Y

) ( )

( ) ( )

( ) (

B §T

) ( )

T

n n n x 0,03 mol

n 0,02.2

n y

n n

0,0

y 0,04 mol n 0,04

7 x

H OH H O2

Ban ®Çu: 0,04 0,03 Ph¶n øng: 0,03 0,03 Cßn l¹i: 0,01 0

+ + −⎯⎯→

⎯⎯

(3)

 + 

 = = =  = 

+

Hd

d

n 0,01

H 0,1M pH 1 §¸p ¸n D

V 0,1

 Hệ quả 2:

Trong phản ứng trao đổi:

ion d¬ng ion ©m

n .



gi¸ trÞ ®iÖn tÝch d¬ng=n .



gi¸ trÞ ®iÖn tÝch ©m Bài tập ví dụ

Ví dụ 1: Cho từ từ V lít dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch chứa Na2CO3 1M và KHCO3 0,5M đến khi không còn khí thoát ra thì dừng lại. Tính V.

Hướng dẫn giải Theo giả thiết, ta có:

−

= = =

2 2 3

3

3 3

Na CO CO

HCO KHCO

n n 1.0,1 0,1 mol n n 0,5.0,1 0,05 mol.

Bản chất phản ứng là ion H⁺ tác dụng hoàn toàn với các ion CO²₃⁻ và HCO ,₃⁻ giải phóng khí CO2.

Áp dụng hệ quả 2 của định luật bảo toàn điện tích _{dd HCl 1M}=0,25=

V 0,25 lÝt

1

 Hệ quả 3:

Khi thay thế ion này bằng ion khác:

ion ban ®Çu = ion thay thÕ

n x gi¸ trÞ ®iÖn tÝch cña nã n x gi¸ trÞ ®iÖn tÝch cña nã Bài tập ví dụ

Ví dụ 1: Cho 0,075 mol Fe2O3 phản ứng hoàn toàn với 150 ml dung dịch HCl aM.

Tính a.

Theo bảo toàn nguyên tố O, ta có: 2− = = =

2 3 O Fe O

n 3n 3.0,075 0,225 mol.

Fe2O3 phản ứng với HCl tạo ra FeCl3. Như vậy, ion trong Fe2O3 đã được thay thế bằng ion Cl⁻ nên 1nCl− =2nO2− =2.0,225 0,45 mol.=

n_HCl =n_Cl− =0,45 mol[HCl] 0,45:0,15= =3M

Phương pháp bảo toàn điện tích là phương pháp giải bài tập hóa học sử dụng các hệ quả của định luật bảo toàn điện tích.

2. Ưu điểm của phương pháp bảo toàn điện tích a. Xét các hướng giải bài tập sau

Câu 1: Cho hỗn hợp K2CO3 và NaHCO3 (tỉ lệ mol 1 : 1) vào bình dung dịch Ba(HCO3)2 thu được kết tủa X và dung dịch Y. Thêm từ từ dung dịch HCl 0,5M vào bình đến khi không còn khí thoát ra thì hết 560 ml. Biết toàn bộ Y phản ứng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 1M. Khối lượng kết tủa X là

A. 3,94 gam. B. 7,88 gam. C. 11,28 gam. D. 9,85 gam.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012) Hướng dẫn giải

(4)

Theo giả thiết: ⁺

−

= = =

H HCl OH NaOH

n n 0,5.0,56 0,28 mol n n 0,2.1 0,2 mol

Kết tủa X là BaCO3, dung dịch Y chứa các ion K⁺, Na⁺, HCO₃⁻, ngoài ra còn có thể có Ba²⁺ hoặcCO₃²⁻.

Phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp NaHCO3 và K2CO3 vào bình chứa Ba(HCO3)2:

2 2

3 3

CO ⁻+Ba ⁺⎯⎯→BaCO (1)

Phản ứng xảy ra khi tiếp tục cho HCl vào bình đến khi không còn khí thoát ra:

3 2 2

H⁺ +HCO⁻⎯⎯→H O CO+ (2)

2

3 2 2

2H⁺+CO ⁻⎯⎯→H O CO+ (3)

2

3 2 2

2H⁺+ BaCO ⎯ →⎯Ba H O CO⁺+ + (4) Phản ứng xảy ra khi cho NaOH vào dung dịch Y:

2

3 3 2

OH⁻+HCO⁻⎯⎯→CO ⁻+H O Từ giả thiết và các phản ứng (2), (3), (4) ta thấy:

+ − −

+

= 2 + =  + =

3 3 3

H CO (trong BaCO vµ cã thÓ cã trong Y ) HCO trong Y

x x 2y

n 2 n n 0,28 3x 2y 0,28 (*)

Từ giả thiết và (5) ta thấy số mol OH⁻phản ứng là: x + 2y = 0,2 (**)

 =

⎯⎯⎯⎯→ =    = =

3 2 2 3 3 2 3

Ba(

tõ (*) vµ (**

HCO ) K CO BaCO K

)

CO

x 0,04 mol n n n n

y 0 0

,0 ,0

8 mol 4 mol

 = =

BaCO3

m 0,04.197 7,88 gam

Cách 2: Phương pháp bảo toàn điện tích (vẫn sử dụng cách gọi số mol như trên):

Sơ đồ phản ứng:

+ + −

+ +

− +

+ −

 



 

 ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯→ + 

   

    

3 2

3

2 3 Ba(HCO ) 2 2 HCl

3 2 2

3

3 b×nh chøa

K , Na , HCO

K CO K , Na

CO hoÆc Ba CO

NaHCO Ba , Cl

BaCO

Để lập được phương trình 3x+2y=0,28 như ở trên, ta có thể đi theo 1 trong 2 hướng như sau:

- Hướng 1: Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng

Theo sơ đồ phản ứng ta thấy: Sau khi cho HCl phản ứng vừa hết với các chất trong bình thì dung dịch thu được chứa các ion K⁺, Na⁺, Ba²⁺ và Cl .⁻

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng, ta có:

+ + + + 2+ = −  + + =  + =

K Na Ba Cl

n n 2n n 2x x 2y 0,28 3x 2y 0,28 (*)

- Hướng 2: Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng

Bản chất của phản ứng giữa các cặp ion trái dấu là tạo ra những chất kết tủa, bay hơi, điện li yếu trung hòa về điện. Phản ứng của HCl với các chất ở trong bình là phản ứng của H⁺ với các ion CO²₃⁻(nằm trong kết tủa và có thể cả trong dung dịch) và HCO₃⁻trong dung dịch nên ta có:

(5)

+ − −

 = 2 +  + + =  + =

3 3

H CO HCO

n 2n n 2x x 2y 0,28 3x 2y 0,28 (*)

Khi cho dung dịch Y phản ứng với dung dịch NaOH thì chỉ có ion HCO₃⁻ phản ứng với ion OH⁻ tạo raCO₃⁻.

2

3 3 2

OH⁻+HCO⁻⎯⎯→CO⁻ +H O

− −

 =  + =

HCO3 OH

n n x 2y 0,2 (**)

+ = =

 

⎯⎯⎯⎯→ + =  =

tõ (*) vµ (**) 3x 2y 0,28 x 0,04 mol

x 2y 0,2 y 0,08 mol

3 2 2 3 3 2 3 3

Ba(HCO ) K CO BaCO K CO BaCO

n n n =n =0,04 molm =0,04.197= 7,88 gam b. Nhận xét

- Với cách 1: Viết nhiều phản ứng (mặc dù đã sử dụng phản ứng ở dạng ion rút gọn – phản ứng thể hiện rõ nét nhất bản chất phản ứng), mối liên quan về số mol các chất được tính toán dựa trên phản ứng. Tuy dễ hiểu nhưng phải trình bày dài dòng, mất nhiều thời gian, chỉ phù hợp với hình thức thi tự luận trước đây.

- Với cách 2: Mối liên quan về số mol các chất được tính toán trực tiếp dựa vào sự bảo toàn điện tích nên không phải viết phương trình phản ứng.

- Ở cách 1, (*) được thiết lập dựa vào phản ứng ion rút gọn. Ở cách 2, (*) được thiết lập dựa vào bảo toàn điện tích. Từ đó suy ra:

Sử dụng phương trình ion rút gọn là đã gián tiếp sử dụng bảo toàn điện tích c. Kết luận

- So sánh 2 cách giải ở trên, ta thấy: Phương pháp bảo toàn điện tích có ưu điểm là trong quá trình làm bài tập thay vì phải viết phương trình phản ứng, học sinh chỉ cần lập sơ đồ phản ứng, tính toán đơn giản dựa vào sự bảo toàn điện tích và cho kết quả nhanh.

- Như vậy: Nếu sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích một cách hiệu quả thì có thể tăng đáng kể tốc độ làm bài so với việc sử dụng phương pháp thông thường là viết phương trình phản ứng ở dạng phân tử hoặc bản chất hơn là viết phương trình ion rút gọn.

3. Phạm vi áp dụng

- Phương pháp bảo toàn điện tích có thể giải quyết được nhiều dạng bài tập liên quan đến phản ứng trong hóa vô cơ, có thể là phản ứng oxi hóa – khử hoặc phản ứng không oxi – hóa khử.

+ Một số dạng bài tập thường dùng bảo toàn điện tích là:

+ Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện ly.

+ Khí CO2 tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ.

+ Cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion CO²₃⁻ hoặc chứa đồng thời các ion CO²₃⁻ vµ HCO₃⁻.

+ Dung dịch axit tác dụng với dung dịch chứa ion[Al(OH) ]₄ ⁻.

+ Phản ứng của kim loại, oxit, muối,... với dung dịch axit có tính oxi hóa hoặc không có tính oxi hóa.

(6)

khangvietbook.com.vn ĐT: (08) 39103821 – 0903906848 - Để sử dụng thành thạo bảo toàn điện tích trong phản ứng, cần phải hiểu được bản chất của phản ứng. Dưới đây là bảng tổng kết các phản ứng trao đổi ion thường gặp và biểu thức bảo toàn điện tích trong phản ứng.

Phản ứng trao đổi

(không cần quan tâm đến hệ số cân bằng)

Bảo toàn điện tích trong phản ứng

2 2

3 3

Ba ⁺+ CO ⁻⎯⎯→BaCO

+ +

− +

⎯⎯⎯⎯⎯→ −

2 2 2

cã thÓ thay thÕ

2 2

3 3

ion Ba b»ng Ca h CO b»ng

oÆc Mg

ion SO

+ = −

2 2

Ba CO3

n n

2 2

4 4

Ba ⁺+SO ⁻⎯⎯→BaSO 2⁺ = 2⁻

Ba SO4

n n

Ag⁺+Cl⁻⎯⎯→AgCl

− − −

⎯⎯⎯⎯⎯cã thÓ thay thÕ→

ion Cl b»ng Br hoÆc I ^Ag ^Cl

n + =n − 2

Ag⁺+ S ⁻⎯⎯→Ag S2

+ + +

⎯⎯⎯⎯⎯cã thÓ thay thÕ→ ion Ag b»ng ion Pb2 hoÆc Cu2

Ag S2

n + =2n −

3

4 3 4

3Ag⁺+PO⁻⎯⎯→Ag PO

+ + + +

⎯⎯⎯⎯⎯^{cã thÓ th}^{ay t Õ}^h → ion Ag b»ng ion Ca² hoÆc Mg² hoÆc Ba²

+ = 3−

Ag PO4

n 3n

3 2

3 2 2 3

Al CO⁺+ ⁻+ H O⎯⎯→CO Al(OH)+

+ +

⎯⎯⎯⎯⎯cã thÓ thay thÕ→ 3 3

ion Al b»ng ion Fe

+ = −

3 2

Al CO3

3n 2n

H OH⁺+ ⁻⎯⎯→H O2 n_H+ =n_OH−

4 3 2

NH⁺ +OH⁻⎯⎯→NH H O+

NH4 OH

n + =n −

n

M ⁺+nOH⁻⎯⎯→M(OH)n

(M là kim loại từ Mg đến Cu) n.n^Mⁿ+ =n^OH− 2

3 3 2

HCO⁻+OH⁻⎯⎯→CO⁻+H O

(Đối với ionHSO₃⁻,HS⁻ phản ứng cũng xảy ra tương tự)

− = −

HCO3 OH

n n

2 2

2

CO3⁻ +2H d⁺ ⎯⎯→CO H O+ 2⁻ = ⁺

CO3 H

2n n

3 H 2 2O

O O

HC ⁻ + ⁺⎯⎯→C +H − = +

HCO3 H

n n

4. Bảng tính nhanh số mol điện tích của ion

Từ ví dụ ở trên ta thấy: Có thể tính nhanh số mol điện tích ion như sau:

= 

soá mol ñieän tích cuûa ion soá mol ion giaùtrò ñieän tích cuûa noù Bảng tính nhanh số mol điện tích của ion trong hợp chất ion, trong dung dịch chất điện li

Chất Số mol

ion

Số mol điện tích của ion dương

Số mol điện tích của ion âm Ba(OH)2 nBa2+ vµ nOH− 2nBa2+ nOH−

H2SO4 nH⁺ vµ nSO²₄⁻

nH+ ²⁻

SO4

2n

(7)

khangvietbook.com.vn ĐT: (08) 39103821 – 0903906848 Fe(NO3)3 nFe³+vµ nNO₃− 3nFe3+ ⁻

NO3

n K2CO3 n vµ n_K+ _CO²₃−

nK+ ²⁻

CO3

2n NaHCO3 nNa⁺vµ nHCO₃⁻

nNa+ ⁻

HCO3

n

Al2O3 3+ 2−

Al O

n vµ n 3

3nAl+ 2

2nO−

Đối với các chất khác ta tính tương tự.

II. PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁC VÍ DỤ MINH HỌA

Phương pháp bảo toàn điện tích thường sử dụng để tính toán lượng chất trong phản ứng trao đổi ion hoặc phản ứng oxi hóa – khử ở trong các bài tập hóa vô cơ.

Phương pháp giải

- Bước 1: Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy rõ bản chất hóa học của bài toán.

- Bước 2: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập:

Khi gặp một trong các dạng bài tập sau đây thì ta nên sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích:

+ Đề bài cho dung dịch chứa các chất phản ứng ở dạng ion.

+ Phản ứng của CO2 tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ (NaOH, Ba(OH)2...).

+ Cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion CO²₃⁻ hoặc chứa đồng thời các ion CO₃²⁻ và HCO₃⁻

+ Phản ứng của dung dịch axit với dung dịch chứa ion [Al(OH) ]₄ ⁻ hoặc chứa đồng thời các ion OH⁻và[Al(OH) ]₄ ⁻; (5) phản ứng của dung dịch HCl, H2SO4

loãng hoặc dung dịch HNO3 với hỗn hợp kim loại và oxit kim loại.

- Bước 3: Xác định giữa lượng chất cần tính và lượng chất đề cho có mối liên quan với nhau bởi những ion nào. Từ đó xác định xem áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch hay bảo toàn điện tích trong phản ứng thì có lợi về mặt tính toán hơn.

- Bước 4: Thiết lập phương trình: Tổng số mol điện tích của ion dương bằng tổng số mol số mol điện tích của ion âm.

Ngoài ra, kết hợp với các giả thiết khác để lập các phương trình toán học có liên quan. Từ đó suy ra lượng chất cần tính.

Trong phương pháp bảo toàn điện tích, nếu xác định sai hoặc thiếu các ion tham gia phản ứng hoặc có trong dung dịch thì bảo toàn điện tích không còn đúng nữa.

Các ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Dung dịch X chứa 0,12 mol Na⁺; x molSO²₄⁻; 0,12 mol Cl⁻và 0,05 mol

+

NH4. Cho 300 ml dung dịch Ba(OH)2 0,1M vào X đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc bỏ kết tủa, thu được dung dịch Y. Cô cạn Y, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là:

A. 7,190. B. 7,020. C. 7,875. D. 7,705.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2013)

(8)

khangvietbook.com.vn ĐT: (08) 39103821 – 0903906848 Hướng dẫn giải

- Bước 1: Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy rõ bản chất hóa học của bài toán.

+ +

+

− −

 ⎯⎯⎯⎯→

   ⎯⎯⎯→

  

 

2 4 3

4 Ba(OH)

c« c¹n 2

4 dung dÞch X

BaSO vµ NH Na , NH

dung dÞch Y r¾n khan Cl , SO

- Bước 2: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập:

Đề bài cho dung dịch chứa các chất phản ứng ở dạng ion, đây là dấu hiệu (1), chứng tỏ bài tập này sẽ sử dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch. Mặt khác, dung dịch X có phản ứng trao đổi ion với Ba(OH)2 tạo ra kết tủa BaSO4 và khí NH3, chứng tỏ sẽ sử dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng.

- Bước 3: Xác định giữa lượng chất cần tính và lượng chất đề cho có mối liên quan với nhau bởi những ion nào. Từ đó xác định xem áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch hay bảo toàn điện tích trong phản ứng thì có lợi về mặt tính toán hơn.

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch X để tính số mol ionSO²₄⁻. Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của các cặp ion Ba²⁺ và SO²₄⁻;NH₄⁺ và OH⁻ để tính số mol của các ion Ba²⁺, SO²₄⁻,NH₄⁺, OH⁻đã phản ứng. Từ đó xác định xem trong dung dịch Y có những ion nào, số mol là bao nhiêu, để tính khối lượng chất rắn sau khi cô cạn dung dịch Y

-

Bước 4: Thiết lập phương trình: Tổng số mol điện tích của ion dương bằng tổngsố mol số mol điện tích của ion âm. Ngoài ra, kết hợp với các giả thiết khác để lập các phương trình toán học có liên quan. Từ đó suy ra lượng chất cần tính.

Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch X, ta có:

+ + + = − + 2−  + = +  =

4 4

Na NH Cl SO

n n n 2n 0,12 0,05 0,12 2x x 0,025 mol

Căn cứ vào giả thiết và áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của dung dịch X với 0,03 mol Ba(OH)2, ta có:

2 2

4

Ba SO

OH NH

n 0,03 n 0,025

n 0,06 n 0,05

+ −

− +

=  =

 =  =



2 2 2

4

Ba pøng SO Ba d

OH pøng NH OH pøng

n n 0,025 n 0,005 mol

n n 0,05 n 0,01 mol

+ − +

− + −

= = =

 

 

 = =  =

Như vậy, dung dịch Y gồm các ion Na⁺, Cl⁻, Ba²⁺,OH⁻. Khi cô cạn dung dịch Y thu được chất rắn có khối lượng là:

chÊt r¾n Na Cl Ba2 d OH d

m =m + +m − +m + +m −

chÊt r¾n

m 0,12.23 0,12.35,5 0,005.137 0,01.17 7,875 gam

 = + + + =

Ví dụ 2: Dung dịch X chứa a mol Na⁺, b mol HCO ,₃⁻ c mol CO²₃⁻và d mol SO²₄⁻. Để tạo kết tủa lớn nhất người ta phải dùng 100 ml dung dịch Ba(OH)2 x mol/l. Biểu thức tính x theo a và b là:

(9)

khangvietbook.com.vn ĐT: (08) 39103821 – 0903906848 A. =a+b

x 0,1 . B. a b x 0, 2

= + . C. a b x 0,3

= + . D. a b

x 2

= + .

(THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm 2012 – 2013) Hướng dẫn giải

+ −

+

+ −

− −

 ⎯⎯⎯⎯→

  

  

 

2 3 4

3 Ba(OH)

2 2

3 4

dung dÞch X

BaCO vµ BaSO Na , HCO

Na , OH CO , SO

Bản chất phản ứng: ion HCO₃⁻ phản ứng với ion OH⁻ tạo ra CO²₃⁻. Ba²⁺ phản ứng tạo kết tủa với ion SO²₄⁻ có trong dung dịch X, ion CO²₃⁻có sẵn trong X và mới sinh ra. Dung dịch sau phản ứng chỉ còn Na⁺ và OH .⁻

Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn Các phản ứng xảy ra:

2

3 3 2

2 2

3 3

2 2

4 4

HCO OH CO H O (1)

b b b

Ba CO BaCO (2) (b c) (b c)

Ba SO BaSO (3) d d

− − −

+ −

+ ⎯⎯→ +

⎯⎯→ ⎯⎯→ + ⎯⎯→

+ ⎯⎯ + + ⎯⎯→

⎯⎯

Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch X, ta có: a = b +2c + 2d (*).

Theo (1), (2) và giả thiết suy ra: = 2+ = + +

Ba(OH)2 Ba

n n b c d (**). Từ (*) suy ra: + =a−b

c d 2 , thay vào (**), ta có:

− + +

 = + + = + =  = =

Ba(OH)2 2

a b a b a b

n b c d b [Ba(OH) ] x

2 2 0,2

Cách 2: Sử dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng Phản ứng của ion OH⁻ với ion HCO₃⁻:

2

3 3 2

HCO⁻+OH⁻⎯⎯→CO⁻+H O Theo phương trình phản ứng, ta có: − = − =

OH ph¶n øng HCO3

n n b mol.

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng:n_OH− =n_Na+ =a mol.

Ba(OH)2 2

OH

a b a b

n (a b) mol n mol [Ba(OH) ] x

2 0,2

−

+ +





= +  =  = =

Ví dụ 3: Hỗn hợp X chứa Na2O, NH4Cl, NaHCO3 và BaCl2 có số mol mỗi chất đều bằng nhau. Cho hỗn hợp X vào H2O (dư), đun nóng, dung dịch thu được chứa

A. NaCl, NaOH, BaCl2. B. NaCl, NaOH.

C. NaCl, NaHCO, NH Cl, BaCl. D. NaCl.

(10)

khangvietbook.com.vn ĐT: (08) 39103821 – 0903906848 (Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2007) Hướng dẫn giải

Với bài tập này, phương pháp giải thông thường là sử dụng phương trình ion rút gọn. Nhưng nếu sử dụng bảo toàn điện tích thì hiệu quả sẽ cao hơn nhiều.

Chọn số mol của mỗi chất là 1 mol. Cho X phản ứng với H2O thì dung dịch sau phản ứng chắc chắn có Na⁺, Cl⁻ và có thể có các ion khác. Tuy nhiên:

+

+ −

−

⎯⎯⎯→ = +

⎯⎯⎯→  = =

⎯⎯⎯→ = +

2 3

4 2

BT Na

Na O NaHCO Na

BTNT 1 1

Na Cl

BT Cl

NH Cl BaCl Cl

1 1

n 2 n n

n n 3 mol

n n 2 n

Do đó dung dịch sau phản ứng chỉ có NaCl do ion Na⁺ vàCl⁻đã trung hòa điện tích.

Ở ví dụ 2 và 3, rõ ràng sử dụng bảo toàn điện tích tỏ ra hiệu quả hơn hẳn so với sử dụng phương trình ion rút gọn. Tuy nhiên, đối với những bài tập mà phản ứng xảy ra phức tạp như ví dụ 4 dưới đây, thì ta nên sử dụng kết hợp cả hai phương pháp trên.

Ví dụ 4: Dung dịch X chứa các ion: Ca²⁺, Na⁺, HCO₃⁻ và Cl ,⁻ trong đó số mol của ion Cl⁻ là 0,1. Cho 1/2 dung dịch X phản ứng với dung dịch NaOH dư, thu được 2 gam kết tủa. Cho 1/2 dung dịch X còn lại phản ứng với dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được 3 gam kết tủa. Mặt khác, nếu đun sôi đến cạn dung dịch X thì thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là

A. 9,21 . B. 9,26 . C. 8,79 . D. 7,47.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2010) Hướng dẫn giải

Bản chất phản ứng của dung dịch X với dung dịch kiềm:

− − −

−

+ ⎯⎯→ + + ⎯⎯→

2

3 3 2

2

3 3

HCO OH CO H O

Ca CO CaCO

Khi cho dung dịch NaOH dư phản ứng với X (TN1), thu được lượng kết tủa nhỏ hơn so với khi cho dung dịch Ca(OH)2 dư phản ứng với X (TN2), chứng tỏ lượng Ca²⁺

có sẵn trong X không đủ để phản ứng với CO²₃⁻ sinh ra. Như vậy, ở TN1 thì CO²₃⁻ dư, Ca²⁺ phản ứng hết, ở TN2 thì CO²₃⁻ phản ứng hết. Ta có:

+

− −

= = =

  = = = =

2 3

3 3

CaCO (TN1) Ca trong X

CaCO (TN2) HCO trong X CO

n n 2.0,02 0,04 mol

n n n 2.0,03 0,06 mol

Suy ra dung dịch X có: 0,1 mol Cl ,⁻ 0,06 mol HCO ,₃⁻ 0,04 mol Ca²⁺ và Na⁺. Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch X, ta có:

+ + 2+ = − + −  + + = +  + =

Na Ca HCO3 Cl Na Na

n 2n n n n 2.0,04 0,06 0,1 n 0,08 mol.

Khi cô cạn dung dịch X xảy ra phản ứng:

(11)

2

3 3 2 2

Ca 2HCO CaCO CO H O 0,03 0,06 0,03 0,03 0,03

+ + −⎯⎯→ + +

⎯⎯ ⎯⎯→ ⎯⎯→ ⎯⎯→ Khối lượng chất rắn thu được khi cô cạn dung dịch X là:

+ + − −

⎯⎯⎯→ = 2 + + + − −

2 2

3

BTKL

chÊt r¾n Ca Na Cl HCO CO H O

m m m m m m m

m_{chÊt r¾n}=0,04.40 0,08.23 0,1.35,5 0,05.61 0,03.44 0,03.18+ + + − − = 8,79 gam Ví dụ 5: Nhỏ từ từ 0,25 lít dung dịch NaOH 1,04M vào dung dịch gồm 0,024 mol FeCl3, 0,016 mol Al2(SO4)3 và 0,04 mol H2SO4 thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là:

A. 2,568. B. 4,128. C. 1,560. D. 5,064.

(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2009) Hướng dẫn giải

Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn Từ giải thiết ta thấy:

−

+

+ +

+

⎯⎯⎯→ = =

⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯→ = = =

⎯⎯⎯→ = = =

3 3

3 2 4 3

2 4

BT OH

OH NaOH BT Fe

Fe FeCl BTNT

BT Al

Al (SO ) Al

BT H

H H SO

n n 0,26 mol

n n 0,024 mol

n 2n 0,016.2 0,032 mol n 2n 2.0,04 0,08 mol.

Phương trình phản ứng:

2

3

OH H H O (1) 0,08 0,08

3OH Fe Fe(OH) (2) 0,072 0,024 0,024 3OH Al Al(OH) 0,096 0,032 0,03

(3) 2

− +

+ ⎯⎯→

⎯⎯

+ ⎯⎯→

⎯⎯ ⎯⎯→

⎯ ⎯⎯→

+ ⎯

⎯

⎯→

Lượng OH⁻tham gia ở các phản ứng (1), (2), (3) là 0,248 mol < 0,26 mol, nên có 0,012 mol OH⁻tiếp tục tham gia phản ứng hòa tan Al(OH)3:

3 4

OH Al(OH) [Al(O 0,

H) ] (4)

012 0,012

− + ⎯⎯→ −

⎯⎯→

Vậy sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được kết tủa gồm 0,024 mol Fe(OH)3 và 0,02 mol Al(OH)3. Khối lượng kết tủa là:

 = + = + =

3 3

Fe(OH) Al(OH)

m m m 0,024.107 0,02.78 4,128 gam Cách 2: Sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích:

− = + + 3+ + 3+ = + + =

OH H Fe Al

n n 3n 3n 0,08 3.0,024 3.0,032 0,248 mol

− −

 = = = − =

4 Al(OH) bÞ hßa tan3

OH hßa tan kÕt tña [Al(OH) ]

n n n 0,26 0,248 0,012 mol.

(12)

+ −

 = 3 − = − =

3 4

Al(OH) Al [Al(OH) ]

n n n 0,032 0,01 0,02 mol.

 = + = + =

3 3

Fe(OH) Al(OH)

m m m 0,024.107 0,02.78 4,128 gam

Ví dụ 6: Cho m gam hỗn hợp Al, Fe vào 300 ml dung dịch HCl 1M và H2SO4 0,5M thấy thoát ra 5,6 lít H2 (đktc). Tính thể tích dung dịch NaOH 1M cần cho vào dung dịch X để thu được kết tủa có khối lượng lớn nhất ?

A. 300 ml. B. 500 ml. C. 400 ml. D. 600 ml.

Ở bài này cũng có hai cách giải là sử dụng phương trình ion rút gọn và bảo toàn điện tích. Dưới đây là cách giải tối ưu hơn – sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích.

Trong dung dịch axit, ta có:

+

− −

 ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯→

 



 

2 4

HCl, H SO NaOH

2 4

Al Na

dung dÞch X

Fe Cl , SO

Cho NaOH vào X để thu được kết tủa lớn nhất thì dung dịch sau phản ứng chỉ còn các ion Na⁺,Cl⁻vàSO²₄⁻.

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng và bảo toàn nguyên tố Na, ta có:

+ − − +

⎯⎯⎯→ = + = + =  = =

 = =

2 4

BT§T

Na Cl SO NaOH Na

dd NaOH 1M

n n 2n 0,3 2.0,15 0,6 mol n n 0,6 mol

V 0,6 lÝt 600 ml

Ví dụ 7: Trộn các dung dịch HCl 0,75M; HNO3 0,15M; H2SO4 0,3M với các thể tích bằng nhau thì được dung dịch X. Trộn 300 ml dung dịch X với 200 ml dung dịch Ba(OH)2 0,25M thu được m gam kết tủa và dung dịch Y có pH = x. Giá trị của x và m lần lượt là:

A. 1 và 2,23 gam. B. 1 và 6,99 gam.

C. 2 và 2,23 gam. D. 2 và 1,165 gam.

(THPT Chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm 2010 – 2011) Hướng dẫn giải

Theo giả thiết, 300 ml dung dịch X được tạo thành từ 100 ml mỗi dung dịch axit:

HCl 0,75M, HNO3 0,15M, H2SO4 0,3M.

Do đó, trong 300 ml X có:

+

−

⎯⎯⎯→ = + + = + + =

⎯⎯⎯→ ⎯⎯⎯→ = = =

3 2 4

2 2 4

4 BT H

HCl HNO H SO

BTNT H

BT S

SO H SO

n n n 2n 0,075 0,015 0,06 0,15 mol n n 0,1.0,3 0,03 mol.

Trong 200 ml dung dịch Ba(OH)2 0,25M có:

+

−

⎯⎯⎯→ = = =

⎯⎯⎯→

⎯⎯⎯→ = = =

2 2

2

BT Ba

Ba(OH) BTNT Ba

BT OH

Ba(OH) OH

n n 0,25.0,2 0,05 mol n 2n 0,25.0,2 0,1 mol

Căn cứ vào giả thiết và bảo toàn điện tích trong phản ứng của Ba²⁺ vớiSO²₄⁻:

(13)

+ − −

⎯⎯⎯⎯→ 2 =  2 =  = 2 =  =

4 4

biÖn luËn

BaSO BaSO

Ba SO SO

n 0,1 n 0,03 n n 0,03 m 6,99 gam

Căn cứ vào giả thiết và áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của H⁺ và OH :⁻

+ − + +

⎯⎯⎯⎯^{biÖn luËn}→n_H =0,15n_OH =0,1n_{H d} =n_{H trong Y}=0,15 0,1 0,05 mol− =

+ +

 _{trong Y} =0,05=  = − =

[H ] 0,1M pH lg[H ] 1

0,5

Phương pháp giải Cho (chứa CO²₃⁻ hoặc chứa cả CO²₃⁻ vàHCO₃⁻).

Bản chất phản ứng là: H⁺ sẽ chuyển hết ion CO²₃⁻ thành HCO₃⁻, sau đó chuyển một phần HCO₃⁻ thành CO2. từ từ dung dịch axit (chứa H⁺) vào dung dịch chứa muối cacbonat hoặc chứa cả muối hiđrocacbonat

Nếu H⁺ không đủ để chuyển hết các ion này thành khí CO2 thì áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng và bảo toàn nguyên tố C:

+ − −

+ −

−

= +

⎯⎯⎯⎯⎯→  = +

 =

2

3 3

2 2

3 3 2

H CO HCO ph ¶ n øng

kÕt qu¶ thu ®îc

H CO CO HCO ph ¶ n øng CO

n n n

n n

Bài tập ví dụ

Ví dụ 8: Cho từ từ từng giọt của dung dịch chứa b mol HCl vào dung dịch chứa a mol Na2CO3 (TN1), thu được V lít CO2. Ngược lại, cho từ từ từng giọt của dung dịch chứa a mol Na2CO3 vào dung dịch chứa b mol HCl (TN2) thu được 2V lít CO2. Mối liên hệ giữa a và b là:

A. a = 0,8b. B. a = 0,35b. C. a = 0,75b. D. a = 0,5b.

(THPT Chuyên Hùng Vương– Phú Thọ, năm 2010 – 2011) Hướng dẫn giải

Nhận xét: Lượng HCl và Na2CO3 ở 2 thí nghiệm là như nhau, nhưng lượng CO2

thu được khác nhau, chứng tỏ lượng H⁺ không đủ để chuyển hết ion CO²₃⁻ thành CO2.

Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn

Ở TN1: Khi cho từ từ dung dịch HCl và dung dịch Na2CO3 sẽ xảy ra phản ứng theo thứ tự ưu tiên do tính bazơ của CO²₃⁻ lớn hơn HCO₃⁻:

2

3 3

3 2 2

H CO HCO (1) a a a

H HCO CO H O (2) (b a) (b a) (b a)

+ − −

+ −

+ ⎯⎯→

⎯⎯ ⎯⎯→

+ ⎯⎯→ +

− ⎯⎯→ − ⎯⎯→ −

Ở TN2: Khi cho từ từ dung dịch Na2CO3 và dung dịch HCl sẽ có khí CO2 giải phóng ngay, do lượng HCl trong dung dịch dư hơn nhiều so với lượng Na2CO3 cho vào:

(14)

2

3 2 2

2H CO CO H O (3)

b 0,5b 0,5b

++ −⎯⎯→ +

⎯⎯→ ⎯⎯→ Từ (1), (2), (3) và giả thiết:

⎯⎯⎯⎯→ ² ¹ = ² ¹  − =  =

2 2 2 2

CO (TN ) CO (TN ) thu ®îc

CO (TN ) CO (TN )

n V b a V

a 0,75b

n V 0,5b 2V

Cách 2: Sử dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng:

Ở TN1: H⁺ sẽ chuyển hết ion CO²₃⁻ thànhHCO₃⁻, sau đó chuyển một phần HCO₃⁻ thành CO2.

Sử dụng kết quả ở trên: + = 2− +  = −

2 2

3 CO CO

H CO

n n n n (b a) mol

Ở TN2: Phản ứng với H⁺ để giải phóng CO2. Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng và bảo toàn nguyên tố C:

+ −

+

−

⎯⎯⎯→ =

  =  =

⎯⎯⎯→ =



2 3

2 2

3 BT§T

H CO ph ¶ n øng

CO CO

BT C H

CO ph ¶ n øng CO

n 2n

n 2n n 0,5b mol.

n n

 ² ¹ = ² ¹  − =  =

2 2 2 2

CO (TN ) CO (TN ) CO (TN ) CO (TN )

n V b a V

a 0,75b

n V 0,5b 2V

Ví dụ 9: Cho từ từ 450 ml dung dịch HCl 1M vào 500 ml dung dịch X gồm Na2CO3

và NaHCO3 thì thu được 5,6 lít khí (đktc) và dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 19,7 gam kết tủa. Nồng độ mol của Na2CO3 và NaHCO3 trong dung dịch X lần lượt là:

A. 0,2M và 0,15M. B. 0,2M và 0,3M.

C. 0,3M và 0,4M. D. 0,4M và 0,3M.

(THPT Chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm 2011 – 2012) Hướng dẫn giải

+

= =

⎯⎯⎯→ = = =

= =

2

3

CO gi¶ thiÕt

H HCl

BaCO

n 5,6 0,25 mol 22, 4

n n 1.0, 45 0, 45 mol n 19,7 0,1 mol.

197 Sử dụng kết quả ở trên, ta có:

+ = 2− +  = 2− +  2− =  =

2 2 3

3 CO 3 3 Na CO

H CO CO CO

n n n 0,45 n 0,25 n 0,2 mol n 0,2 mol.

− − −

−

⎯⎯⎯→ + = +  + = +

 =  =

2 2 3

3 3 3

3 3

BT C

CO BaCO

CO HCO HCO

NaHCO HCO

n n n n 0,2 n 0,25 0,1

n 0,15 mol n 0,15 mol.

2 3 3

0,2 0,15

[Na CO ] 0, 4M; [NaHCO ] 0,3M.

0,5 0,5

 = = = =

Phương pháp giải

Hấp thụ hoàn toàn khí CO2 vào dung dịch chứa đồng thời NaOH, Ba(OH)2.

(15)

Biết

2 OH CO

1 n 2

n





−  . Tìm mối quan hệ giữa 2

2 3

CO OH CO

n , n −, n −?

Hướng dẫn giải Vì 



⁻ 

2 OH CO

1 n 2

n nênOH⁻đã phản ứng hết và phản ứng tạo ra cả hai muối CO²₃⁻ và HCO₃⁻. Như vậy, ion OH⁻ đã được thay thế bởi các ion CO²₃⁻ và HCO₃⁻ Áp dụng bảo toàn điện tích và bảo toàn nguyên tố C:

− − −

− −

⎯⎯⎯→ = +

⎯⎯⎯⎯⎯→  − =

⎯⎯⎯→ = +



2

3 3

2 23

2 3 23

BT§T

OH HCO CO

kÕt qu¶ thu ®îc

OH CO CO

BT C

CO HCO CO

n n 2n

n n n

Mở rộng ra, đối với phản ứng của SO2 với dung dịch kiềm, tạo ra cả muối axit và muối trung hòa, ta cũng có: − − = 2−

2 3

OH SO SO

n n n

Bài tập ví dụ

Ví dụ 10: Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (ở đktc) vào 500 ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa. Giá trị của m là:

A. 9,85. B. 11,82. C. 17,73. D. 19,70.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2008) Hướng dẫn giải

Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn

+

−

⎯⎯⎯→ = = = =  =

⎯⎯⎯→ = + = + =

2 2 2

2

gi¶ thiÕt

CO Ba(OH) Ba

BT OH

Ba(OH) NaOH OH

n 4,48 0,2 mol vµ n 0,2.0,5 0,1 mol n 0,1 mol 22,4

n 2n n 2.0,2.0,5 0,5.0,1 0,25 mol.

2

gi¶ thiÕt OH

CO

1 n 2

n

⎯⎯⎯→  −  phản ứng tạo ra cả muối axitHCO₃⁻, muối trung hòa CO²₃⁻.

2

2 3 2

2 3

2 2

3 3

CO 2OH CO H O (1)

x 2x x

CO OH HCO (2) y y y

Ba CO BaCO (3)

− −

+ −

+ ⎯⎯→ +

⎯⎯→ ⎯⎯→ + ⎯⎯→

⎯⎯→ ⎯⎯→ + ⎯⎯→ Từ (1) và (2) ta có:

−

+ = =

  =

 

 + = =  =



CO2 OH

x y n 0,2 x 0,05 mol y 0,15 mol 2x y n 0,25

Vì 2+ =  2− =

Ba CO3

n 0,1 n 0,05 nên mol BaCO3 tính theo molCO²₃⁻:

 = 2− =  = =

3 3 3

BaCO CO BaCO

n n 0,05 mol m 0,05.197 9,85 gam Cách 2: Sử dụng bảo toàn điện tích