Tài liệu phương pháp bảo toàn điện tích trong hoá học doc

Trong phản ứng trao đổi ion của dung dịch chất điện li trên cơ sở của định luật bảo toàn điện tích ta thấy có bao nhiêu điện tích tích d-ơng hoặc điện tích âm của các ion chuyển vào tron

Ph-ơng pháp định luật bảo toàn điện tích

I Nội dung ph-ơng pháp

1 Trong phản ứng trao đổi ion của dung dịch chất điện li trên cơ sở của định luật bảo toàn

điện tích ta thấy có bao nhiêu điện tích tích d-ơng hoặc điện tích âm của các ion chuyển vào trong kết tủa hoặc khi tách ra khỏi dung dịch thì phải trả lại cho dung dịch bấy nhiêu điện tích âm hoặc điện tích d-ơng

2.Tổng điện tích d-ơng bằng tổng điện tích âm Hay tổng số mol điện tích d-ơng bằng tổng số mol điện tích âm

3 Trong các phản ứng oxi hóa khử thì tổng số mol e do các chất khử nh-ờng bằng tổng số mol e do các chất oxi hóa nhận

4 Một hỗn hợp nhiều kim loại có hóa trị không đổi và có khối l-ợng cho tr-ớc sẽ phải nh-ờng một số e không đổi cho bất kỳ tác nhân oxi hóa nào

II Phạm vi sử dụng

Định luật bảo toàn điện tích đ-ợc áp dụng trong các tr-ờng nguyên tử, phân tử dung dịch trung hoà điện

Xác định khối l-ợng chất rắn sau khi cô cạn một dung dịch khi biết số mol của các ion trong dung dịch, xác định l-ợng mol, nồng độ… của ion nào đó khi biết l-ợng của ion khác

III Bài toán áp dụng

Bài toán 1 ( Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A- 2008) Cho 11.36 gam hỗn hợp gồm Fe,

FeO, Fe2O3 và Fe3O4 phản ứng hết với dd HNO3 loãng d- thu đ-ợc 1.344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở đktc) và dung dịch X Cô cạn dung dịch X sau phản ứng đ-ợc m gam muối khan Giá trị m là:

Bài giải

 nNO 1, 344 0, 06mol;

22, 4

m 11,36 m n mol

16



3

Fe Fe 3e

mol;

56 56



2

11,36 m 2(11,36 m)



N 3e N 0,18 0, 06mol



áp dụng ĐLBTĐT

3m 2(11,36 m)

0,18 m 8,96gam

m m m 8,96 62.3.n

8.96 8,96 62.3 38, 72 gam D dung

56





Cách 2: áp dụng công thức giải nhanh

Fe

Fe( NO ) Fe , Fe( NO )

7.m 56.n 7.11,36 56.0, 06.3

8,96

n n 0,16mol m 0,16.242 38, 72gam

56

=> D đúng

Cách 3 Lấy các đáp án đem chia cho khối l-ợng mol của muối là 242 thì các số đều lẽ nh-ng chỉ

có đáp án D là số không lẽ là 0,16

Chúng ta có thể giải nhiều cách khác nhau, song tác giả chỉ giải minh họa theo ph-ơng pháp đó

Bài toán 2 (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ Khối B- 2007) Nung m gam bột Fe trong oxi thu

đ-ợc 3 gam chất rắn X hào btan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 d- thu đ-ợc 5,6 lít NO (

đktc) (là sản phẩm khử duy nhất) Giá trị của m là:

A 2,52 gam B 2,22 gam C 2,62 gam D 2,32 gam

Bài giải

 nNO 0,56 0,025mol; nFe 56 mol

16



3

Fe Fe 3e

mol;

56 56



2

3 m 2(3 m)



N 3e N 0, 075 0, 025mol



áp dụng ĐLBTĐT

3m 2(3 m)

0, 075 m 2,52gam



Cách 2: áp dụng công thức giải nhanh

hh e

Fe

7.m 56.n 7.3 56.0,025.3

Bài toán 3 Lấy 7,88 gam hỗn hợp gồm 2 kim loại hoạt động X, Y có hóa trị không đổi chia

thành 2 phần bằng nhau:

- Phần 1 nung trong ôxi d- để ôxi hóa hoàn toàn thu đ-ợc 4,74 hỗn hợp 2 ôxít

- Phần 2 hòa tan hoàn toàn trong dung dịch chứa 2 axit HCl và H2SO4 loãng thu đ-ợc V lít khí (đktc) Giá trị V là:

A 1,12 lít B 2,24 lít C 1,68 lít D 3,36 lít

Bài giải

Khối l-ợng mỗi phần:

7,88:2=3,94 gam Số mol O kết hợp với 3,94 gam hỗn hợp kim loại:

4,74 3,94

0,05mol 16

Quá trình tạo ôxit:

2

O 2e O

0, 05 0,1mol





Theo ĐLBTĐT thì ở phần 2:

2 2H 2e H 0,1mol 0, 05mol

  



Vậy

2

H

V  0,05.22, 4 1,12   A dung

Bài toán 4 Dung dịch X có chứa 5 ion: Mg2+, Ba2+, Ca2+, 0.1 mol Cl - và 0.2 mol NO3-, thêm dần

V ml dung dịch Na2CO3 1 M vào X đến khi đ-ợc l-ợng kết tủa lớn nhất Giá trị V ml là:

Bài giải

Ph-ơng trình ion rút gọn xẫy ra:

Mg + CO = MgCO

Ba + CO = BaCO

Ca + CO = CaCO Khi phản ứng kết thúc các kết tủa tách khỏi dung dịch, phần dung dịch chứa Na+, Cl- và

NO-3 Để trung hoà về điện tích thì

3

0,3

Na Cl NO

n   n   n   mol

Na ddNa CO

2

2 Na





=> D đúng

Chú ý:

+

n

2



+ Nếu

Na

Na CO

1 Na





+ Nếu

Na

Na CO

1 Na





Bài toán 5 Chia hỗn hợp hai kim loại X và Y có hoá trị không đổi thành hai phần bằng nhau:

+ Phần một tan hết trong dung dịch HCl tạo ra 1.792 lít H2 (đktc)

+ Phần hai nung trong không khí đến khối l-ợng không đổi thu đ-ợc 2.84 gam chất rắn Khối l-ợng gam hỗn hợp hai kim loại ban đầu là:

A 3.12 gam B 1.56 gam C 0.56 gam D 4.4 gam

Bài giải:

Ta có: điện tích của hai kim loại X và Y trong hai phần là không đổi, nên điện tích âm trong hai phần cũng bằng nhau, do vậy số mol điện tích hai phần cũng nh- nhau

Do O2- <=> 2Cl- nên:

2

Cl (muoi) O(oxit ) H oxit kimloai O kimloai honhop



  

Chú ý: + Nếu mhonhop  1,56  B sai Do chỉ có muối một phần

+Nếu m  2,84 32.0,08   0,28gam  mhonhop  0,56gam  C sai

Bài toán 6 Dung dịch X chứa các ion: CO32-, SO32-, SO42- và 0,1 mol HCO3- , 0,3 mol Na+ Thêm V lít dung dịch Ba(OH)2 1 M vào dung dịch A thu đ-ợc l-ợng khối l-ợng kết tủalớn nhất Giá trị của V lít là:

A 0,4 lít B 0,2 lít C 0,1 lít D 0,15 lít

Bài giải:

Ta có:   Ba2   1M,   OH   2M để thu đ-ợc l-ợng kết tủa lớn nhất thì cần 0,1 mol

OH- để tác dụng hết HCO3- HCO3 OHCO32H O2

Mặt khác cần 0,3 mol OH- để trung hòa Na+, nh- vậy cần tổng số mol

OH- =0,4 mol=>

2

Ba(OH)

0, 4

2

  

Chú ý: + Nếu

2

Ba(OH)

0, 4

1

  

+ Nếu

2

Ba(OH)

0, 2

2

  

+ Nếu

2

Ba(OH)

0,3

2

  

Bài toán 7 Một dung dịch có chứa x mol K+, y mol Fe3+, z mol Cl- và t mol SO42- Biểu thức C liên hệ giữa x, y, z, t là:

A x+3y= z+2t B x+y= z+t C x+z= 3y+2t D 3y+z = x+2t

Bài giải

áp dụng ph-ơng pháp định luật bảo toàn điện tích : tổng số mol điện tích d-ơng bằng tổng số mol điện tích âm

4

1.n   3.n   1.n   2.n => x + 3y = z + 2t  A (Đúng)

Bài toán 8 Cho tan hoàn toàn 15,6 gam hỗn hợp Al và Al2O3 trong 500 ml dung dịch NaOH 1M thu đ-ợc 6,72 lít H2 (đktc) và dung dịch X Thể tích HCl 2 M cần cho vào X để thu đ-ợc kết tủa lớn nhất là :

A 0,25 lít B 0,35 lít C 0,5 lít D 0,244 lít

Bài giải:

Trong dung dịch X chứa AlO2- và OH- (nếu d-) Dung dịch X trung hòa về điện tích nên 2

AlO OH Na

n   n   n   0,5mol khi cho axit HCl vào dung dịch X ta có ptp- sau:

H+ + OH-  H2O

H+ + AlO2- + H2O  Al(OH)3  Để thu đ-ợc kết quả lớn nhất thì

H AlO OH

0,5

2

Chú ý : Nếu sử dụng ph-ơng pháp này thì sẽ thừa dữ kiện và ta có thể sử dụng nhiều ph-ơng

pháp khác để kiểm tra kết quả

Bài toán 9 Cho tan hoàn toàn 10 gam hỗn hợp Mg và Fe trong dung dịch HCl 4M thu đ-ợc 5,6

lít H2 ( đktc) và dung dịch X Để kết tủa hoàn toàn các ion trong X cần 300 ml dung dịch NaOH 2M Thể tích HCl đã dùng là:

A 0,168 B 0,224 C 0,112 D 0,15 lít

Bài giải

Khi cho 0,6 mol NaOH vào dung dịch X chứ Mg2+ , Fe3+, H+( nếu d-) tách ra khỏi dung dịch X Dung dịch tạo thành chứa Cl- phải trung hòa với 0,6 mol Na+

HCl

Cl Na

0,6

4

Bài toán 10 (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ Khối A- 2007) Một dung dịch chứa 0,02 mol Cu2+, 0,03 mol K+ , x mol Cl- và y mol SO42- Tổng khối l-ợng các muối tan có trong dung dịch là 5,435 gam Giá trị của x , y lần l-ợt là:

A 0,03 và 0,02 B 0,05 và 0,01

Bài giải

áp dụng ĐLBTĐT : x + 2y = 0,02 2 + 0,03 = 0,07 (1)

Mặt khác khối l-ợng muối bằng tổng khối l-ợng các ion

=> 64 0,2 + 0,03 39 + 35,5.x + 96.y = 5,435 (2)

 35,5x + 96y = 2,085 (3) , Từ (1) và (3)  x = 0,03 , y = 0,02  A đúng

Bài toán 11 Một dung dịch chứa 0,1 mol Fe2+, 0,2 mol Al3+ cùng 2 loại anion x mol Cl- và y mol SO42- Tổng khối l-ợng các muối tan có trong dung dịch là 46,9 gam Giá trị của x , y lần l-ợt là:

A 0,4 và 0,2 B 0,2 và 0,3

Bài giải

áp dụng ĐLBTĐT : x + 2y = 0,1.2 + 0,2.3 = 0,8 (1)

Mặt khác khối l-ợng muối bằng tổng khối l-ợng các ion

=> 0,1.56 + 0,2 27+ 35,5.x + 96.y = 46,9 (2)

 35,5x + 96y = 35,9 (3) , Từ (1) và (3)  x = 0,2 , y = 0,3  B đúng

Bài toán 12 Một dung dịch chứa 0,39 gam K+, 0,54gam Al3+ cùng 2 loại anion 1,92 gam SO4

2-và ion NO3- Nếu cô cạn dung dịch thì sẽ thu đ-ợc khối l-ợng muối khan là:

A 4,71 gam B 3,47 gam

Bài giải

n   0,01mol, n   0,02mol , n   0,02mol

áp dụng ĐLBTĐT : 0,01 + 0,02.3 = 0,02 + nNO3- => nNO3-=0,03 mol mà

3

muoi K Al SO NO

0,39 0,54 1,92 62.0,03 4,71gam A dung

Chú ý:

- Nếu

NO

n   0,01 0,02 0,02    0,01mol  m  3,47gam  B sai

- Nếu

NO

n   0,02mol  m  4,09gam  C sai

- Nếu

NO

n   0,01 0,02 0,02    0,05mol  m  5,95gam  D sai

Bài toán 13 Một dung dịch X chứa a mol Na+, b mol HCO3- , c mol CO2-3 , d mol SO42- Để thu đ-ợc kết tủa lớn nhất cần dùng V lít dung dịch Ba(OH)2 nồng độ y mol/lít Giá trị của y mol/lít theo các giá trị a, b, c, d là:

Bài giải

y V



y 2V





y

V

 

y

2V

 



Ph-ơng trình phản ứng xẫy ra:

OH + HCO = H O+CO (1)

Ba + CO = BaCO (2)

Ba + SO = BaSO (3) Sau khi các phản ứng xẫy ra thì trong dung dịch A chỉ còn lại a mol Na+ áp dụng ĐLBTĐT thì số mol OH- củng phải bằng a mol Mặt khác số mol OH- ở ph-ơng trình (1) cũng phải bắng b mol, nên số mol OH- ban đầu là(a+b) mol

2+ -2

Ba(OH) =Ba +2OH (4)

y.Vmol 2y.Vmol

2V



Chú ý: + Từ (1)

n =b mol, tu(2) n =c mol, tu(3) n =d mol

b+c+d

=>y.V=b+c+d=>y= C sai

y.V=a+b=>y= A sai

IV Bài tập tự giải

Bài 1 Cho 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 tan vừa hết trong 700 ml dung dịch HCl 1 M thu đ− ợc 3,36 lít H2 (đktc) và dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với NaOH d− , lọc kết tủa và nung trong không khí đến khối l− ợng không đổi thu đ− ợc chất rắn Y Khối l− ợng

Y là:

A 22 gam B 28 gam C 30 gam D 24 gam

Bài 2 Trộn 100 ml dung dịch AlCl3 1 M với 200 ml dung dịch NaOH 1,8 M thu đ− ợc kết tủa A

và dung dịch D

1 Khối l− ợng kết tủa A là

2 Nồng độ mol của các chất trong dung dịch D là

Bài 3: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH- CĐ - KB - 2007) Cho 200ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M, l-ợng kết tủa thu đ-ợc là 15,6 gam, giá trị lớn nhất của V lít là:

Bài 4: Hòa tan hoàn toàn một ôxit sắt FexOy bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thu đ-ợc 2,24 lít khí

SO2 duy nhất (đktc) và dung dịch muối Y, cô cạn dung dịch muối Y cân nặng 120 gam chất rắn khan Công thức phân tử của ôxit sắt là:

Bài 5: Nung y mol Fe trong không khí một thời gian thu đ-ợc 16,08 gam hỗn hợp A gồm 4 chất

rắn gồm Fe và các ôxit sắt hòa tan hết l-ợng hỗn hợp A trên bằng dung dịch HNO3 loãng d- thu

đ-ợc 672 ml khí NO duy nhất(đktc) và dung dịch muối Giá trị của là y:

A 0.291 mol B 0,232 mol C 0,426 mo l D 36,8 mol

Bài 6: Hòa tan m gam hỗn hợp A gồm 4 chất rắn gồm Fe và các ôxit sắt bằng dung dịch HNO3

d- thu đ-ợc 4,48 lit khí NO2 duy nhất(đktc) và 145,2 gam muối khan Giá trị của là m gam:

Bài 7: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH-CĐ - KA – 2008) Cho V lít dung dịch NaOH 2M vào dung

dịch chứa 0,1mol Al2(SO4)3 và 0,1mol H2SO4 đến khi phản ứng hoàn toàn, thu đ-ợc 7,8 gam kết tủa Giá trị lớn nhất của V để thu đ-ợc l-ợng kết tủa trên là:

Bài 8: Cho 3,42 gam Al2(SO4)3 vào 50ml dung dịch NaOH, thu đ-ợc 1,56gam kết tủa và dung dịch X Nồng độ M của dung dịch NaOH là:

Bài 9: Hoà tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 bằng HNO3 thu đ-ợc 2.24 lít khí màu nâu duy nhất (đktc) Cô cạn dung dịch sau phản ứng đ-ợc 96.8 gam muối khan Giá trị m là:

A 55.2 gam B 31.2 gam C 23.2 gam D 46.4 gam

Bài 10: Hoà tan 52.2 gam hh X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 bằng HNO3 đặc, nóng thu đ-ợc 3.36 lít khí NO2 (đktc) Cô cạn dd sau phản ứng đ-ợc m gam muối khan Giá trị m là:

A 36.3 gam B 161.535 gam C 46.4 gam D 72.6 gam

Bài 11: (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A-2008) Nung nóng m gam hỗn hợp Al và Fe2O3 (trong môi tr-ờng không có không khí) đến phản ứng xẫy ra hoàn toàn thu đ-ợc hỗn hợp rắn Y, chia Y thành hai phần bằng nhần bằng nhau:

- Phần 1 tác dụng với H2SO4 loãng d- sinh ra 3.08 lít khí hiđrô (đktc)

- Phần 2 tác dụng NaOH d- sinh ra 0.84 lít khí hiđrô (đktc) Giá trị m gam là:

A 22.75 B 21.40 C 29.40 D 29.43

Bài 12 (Trích đề thi tuyển sinh ĐH CĐ- Khối A-2007) Hoà tan hoàn toàn 12 gam hỗn hợp Fe

và Cu ( tỉ lệ mol 1:1) bằng HNO3 thu đ-ợc V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 (đktc) và dung dịch Y ( chỉ chứa 2 muối và axit d- ) Tỉ khối của X so với H2 bằng 19 Giá trị V lít là: