SKKN Áp dụng phương trình ION để giải bài toán vô cơ

ĐẶT VẤN ĐỀ Một bài tập hoá học có thể giải theo nhiều phương pháp khác nhau và đều đi đến mộtkết quả, nhưng với từng bài toán, dạng toán giải theo phương pháp nào là dễ nhất, ngắngọn nhấ

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

ĐỀ TÀI:

"ÁP DỤNG PHƯƠNG TRÌNH ION ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN VÔ CƠ"

A ĐẶT VẤN ĐỀ

Một bài tập hoá học có thể giải theo nhiều phương pháp khác nhau và đều đi đến mộtkết quả, nhưng với từng bài toán, dạng toán giải theo phương pháp nào là dễ nhất, ngắngọn nhất, nhanh nhất và chính xác nhất là vấn đề không dễ đối với giao viên cũng nhưhọc sinh

Chẳng hạn khi gặp bài toán sau: Có 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp axit gồmHCl1,98M và H2SO4 1,1M Tính thể tích dung dịch chứa đồng thời NaOH 3M vàBa(OH)2 4M cần phải lấy để trung hoà vừa đủ dung dịch axit đã cho

Việc giải bài toán này bằng các phương pháp thông thường như viết phương trình hoáhọc thì có thể thực hiện được nhưng sẽ gặp những vướng mắc nhất định dẫn tới bài toántrỏ nên phức tạp, mất thời gian Để khắc phục được những nhược điểm đó ta nên nghỉ

đến “phương trình ion thu gọn”

Để thấy rõ nhưng ưu điểm nhược điểm của tường phương pháp ta giải bài toán trêntheo hai cách và so sánh

Cách giải 1 Dùng phương pháp thông thường

Số mol HCl trong 500ml dung dịch là: 1,98.0,5 = 0,99mol

Số mol H2SO4 trong 500ml dung dịch là: 1,1.0,5 = 0,55mol

Phương trình phản ứng trung hoà các axit bằng kiềm :

Cách giải 2 Phương pháp áp dung phương trình ion thu gọn

Trong dd axit Trong dd bazơ

Pt điện li: HCl  H+ + Cl- Pt điện li NaOH  Na+ + OH 0,99mol 0,99mol 3Vmol 3Vmol 3Vmol

H2SO4  2H+ + SO42- Ba(OH)2  Ba2+ + 2OH 0,55mol 1,1mol 1,1mol 4Vmol 4Vmol 8Vmol

Phản ứng trung hoà xảy ra: H+ + OH-  H2O

n H n OH => 2,09 = 11V => V=0,19 lít

=> V = 190 ml

So sánh phương pháp cũ và phương pháp mới

- Phương pháp này phổ biến

nh-ưng dài dòng, khó hiểu mất nhiều

thời gian

- Ngắn gọn, chính xác, dễ hiểu, không mấtnhiều thời gian

- Học sinh còn hiểu bản chất của phản ứngxảy ra trong dung dịch chất điện li là do sựkết hợp của các ion đối kháng với nhau

- Đáp ứng mục tiêu cải cách giáo dục hiện

nay và trong thi cử của học sinh

- Trong những năm gần đây bộ giáo dục đã

ra đề thi đa nhiều câu hỏi cùng dạng

Bằng kinh nghiệm thực tế, tôi giảng dạy cho học sinh ở trường THPT Số 3 Bảo Thắng

cụ thể là học sinh ở các lớp 12A, 12B, 12E nhất là tôi đã áp dụng dạy cho đội tuyển họcsinh giỏi và đạt được kết quả cao khi các em đi thi gặp các bài dạng này Từ những thực

tế nêu trên và kinh nghiệm giảng dạy tôi xin gới thiệu bài viết “ áp dụng phương trình

ion thu gọn để giải một số bài toán hoá học vô cơ xảy ra trong dung dịch ”

Trong quá trình nghiên cứu không trách những thiếu sót Mong độc giả góp ý kiến chotác giả hoàn thiện bài viết tốt hơn Tôi xin chân trọng cảm ơn!

B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ  Phạm vi áp dụng

Áp dụng hiệu quả với nhiều bài toán hỗn hợp nhiều chất tác dụng với một hoặc nhiềuchất khác nhưng đều do ion đối kháng cùng loại kết hợp với nhau xảy ra trong dung dịch

Lưu ý: Đối với phản ứng trao đổi xảy ra thực tế là do các ion đối kháng kết hợp với

nhau tạo ra chất kết tủa, chất bay hơi hoặc chất điện li yếu

1 Phản ứng giữa hỗn hợp axit với hỗn hợp bazơ.

Bài 1: Để trung hoà hết 2 lít hỗn hợp axit gồm HCl 1M, H2SO4 0,5M, H3PO4 0,5M cầnvừa đủ V lít hỗn hợp dung dịch bazơ gồm NaOH 1M, KOH 1M Cô cạn dung dịch sauphản ứng thu được m gam muối khan Thì V và m lần lượt có giá trị nào sau đây

A 3,5 lít và 479 gam B 1,5 lít và 497 gam

C 2,5 lít và 749 gam D 3,5 lít và 974 gam

Bài giải

Phương trình điện li: Trong dd axit Trong dd bazơ

HCl  H+ + Cl- NaOH  Na+ + OH 2mol 2mol 2mol Vmol Vmol Vmol

H2SO4  2H+ + SO42- KOH  K+ + OH 1mol 2mol 1mol Vmol Vmol Vmol

H3PO4  3H+ + PO4

1mol 3mol 1mol

n H n HCl  2n H2SO4  3n H3PO4  2  2  3  7mol

n OH n NaOH n KOH V V  2Vmol

Phản ứng trung hoà xảy ra: H+ + OH-  H2O

Bài 2 Cho 11,38 gam hỗn hợp gồm Ba(NO3)2, BaCl2, tác dụng vừa đủ với V lít dungdịch gồm (NH4)2SO4 0,5M, Na2SO4 1M, K2SO4 0,5M thu được 11,65 gam kết tủa vàdung dịch X , cô cạn cẩn thận dung dịch X thu được m gam muối khan Thì V và m lầnlượt có giá trị nào sau đây.

A 0,025 lít và 7,96 gam B 0,025 lít và 6,96 gam

C 0,25 lít và 9,69 gam D 2,5 lít và 6,96 gam

Bài giải

Ta có: n BaSO 0 , 05mol

233

65 , 11

Gọi x, y lần lượt là số mol của Ba(NO3)2 và BaCl2

Trong dung dịch các muối điện li theo phương trình sau

Ba(NO3)2  Ba2+ + 2NO3- (NH4)2SO4  NH4+ + SO42+ xmol xmol 2xmol 0,5Vmol 0,5Vmol 0,5Vmol BaCl2  Ba2+ + 2Cl- Na2SO4  2Na+ + SO42-

ymol ymol 2ymol Vmol 2Vmol Vmol

K2SO4  2K+ + SO4

0,5Vmol Vmol 0,5Vmol

m m

=> Đáp án B đúng

3 Phản ứng giữa hỗn hợp cacbonat với hỗn hợp axit

Lưu ý Phản ứng cuả muối cacbonat với axit

+ Nếu cho từ từ axit vào muối CO32-

Phương trình ion: H+ + CO32-  HCO3-

HCO3- + H+  CO2 + H2O

+ Nếu cho từ từ muối CO32- vào axit.

Phương trình ion: 2 H+ + CO32-  H2O + CO2

Bài 1 Cho 35 gam hỗn hợp X gồm Na2CO3 và K2CO3 Thêm từ từ , khuấy đều 0,8 lit HCl0,5 M vào dung dịch X trên thấy có 2,24 lit khí CO2 thoát ra ở đktc và dung dịch Y.Thêm Ca(OH)2 vào dung dịch Y được kết tủa A

Khối lượng của Na2CO3 và K2CO3 trong X và khối lượng kết tủa A lần lượt là ?

A 21,2 gam; 13,8 gam; 20 gam B 4,4 gam; 30,8 gam; 10 gam

C 17,5 gam; 17,5 gam; 30 gam D 12,21 gam; 22,79 gam; 20 gam

Bài giải

Gọi số mol của Na2CO3 là a, K2CO3 là b

Khi thêm từ từ dd HCl vào dd X lần lượt xảy ra phản ứng :

CO2 

3 + H+  HCO

3

a + b a + b a + b

Khi trong dung dịch tất cả ion CO2 

3 biến thành ion HCO

3

HCO

3 + H+  CO2 + H2O 0,1 0,1 0,1

a + b = 0,3 (1)

106a + 138b = 35 (2)

Giải hệ có a = 0,2 mol Na2CO3, b = 0,1 mol K2CO3

Do đó khối lượng 2 muối là :

c Nếu thêm từ từ 0,12 lit dung dịch HCl 2M vào dung dịch chứa 21 gam hỗn hợp X trên.Tính thể tích CO2 thoát ra ở đktc?

Bài giải

a Gọi a,b lần lượt là số mol của Na2CO3 và K2CO3 do HCl dư nên CO2 

3 biến thành

CO2

HCO

3 + H+  CO2 + H2O (2) 0,06 0,06

4. V CO2 = 0,06.22,4 = 1,344 (l)

Bài 3 Hoà tan a gam hỗn hợp gồm ( Na2CO3 và NaHCO3 ) vào nước thu được 400mldung dịch A Cho từ từ 100 ml dung dịch HCl 1,5M vào dung dịch A thu được dungdịch B và 1,008 lít khí (đktc) Cho B tác dụng với Ba(OH)2 dư thu được 29,55 gam kếttủa.

008 , 1

2   ; n BaCO 0 , 15mol

233

55 , 29

Gọi x, y lần lượt là số mol của Na2CO3 và NaHCO3

CO32- + H+  HCO3- (1) xmol xmol xmol

HCO

3 + H+  CO2 + H2O (2) 0,045mol 0,045mol 0,045mol

Dung dịch sau phản ứng tác dụng Ba(OH)2 dư cho kết tủa Vậy HCO

3 dư, H+ hết

Ta có n H = x + 0,045 = 0,15mol => x = 0,105 mol

HCO

3 + Ba(OH)2  BaCO3  + OH- + H2O

3 , 0

105 , 0

09 , 0

Bài 1: Trộn 100 ml dd A gồm ( K2CO3 1M + KHCO3 1M ) vào dd B ( NaHCO3 1M +

Na2CO3 1M ) thu được dd C Nhỏ từ từ 100 ml dd D gồm ( H2SO4 1M + HCl 1M ) vào

dd C thu được V lít CO2 (đktc) và dd E Cho Ba(OH)2 tới dư vào dd E thu được m gamkết tủa Tìm m và V

Bài 2: Cho 5,64 gam hỗn hợp gồm ( K2CO3+ KHCO3) vào một thể tích chứa dung dịch( Na2CO3 + NaHCO3) thu được 600ml dung dịch A Chia dung dịch A thành hai phầnbằng nhau, cho từ từ 100ml dung dịch HCl vào phần thứ nhất thấy thoát ra 448 cm3 khíđktc và thu được dung dịch B Cho dung dịch B phản ứng với nươc vôi dư thấy xuất hiện2,5 gam kết tủa Phần hai cho tác dụng vừa hết với 150 ml dung dịch NaOH 0,1M Chokhí HBr dư đi qua phần thứ 3 sau đó cô cạn dung dịch thu được 8,125 gam chất rắnkhan

a Tính nồng độ các chất trong dung dịch A

b Tính nồng độ dd HCl đã dùng

Bài 3: Một hỗn hợp A ( M2CO3+ MHCO3+ MCl) M là KLK Cho 43,71 gam A tác dụngvới Vml dư dd HCl 10,52% ( d= 1,05) thu được dung dịch B và 17,6 gam khí C Chia Bthành hai phần bằng nhau.

Phần 1: Phản ứng vừa đủ với 125ml dung dịch KOH 0,8M, cô cạn dung dịch thu được

m gam muối khan

Phần 2: Tác dụng hoàn toàn với dung dịch AgNO3 dư thu được 68,88 gam kết tủa

1. Tính khối lượng mol nguyên tử M Tính % về khối lượng các chất trong A

2. Tính giá trị V và m

3. Lấy 10,93 gam hh A rồi đun nhẹ đến khi không còn khí thoát ra Cho khí thu đượcqua 250ml dung dịch Ca(OH)2 0,02M Tính khối lượng muối tạo thành trong dung dịchthu được

Bài 4: Hoà tan hoàn toàn 4,25 gam Na2CO3 vào nước thu đươch dung dịch A Cho từ từ

20 gam dung dịch HCl 9,125% vào dung dịch A và khuấy mạnh, tiếp theo cho thêm vàodung dịch đó 0,02mol Ba(OH)2

a Cho biết chất gì được hình thành và khối lượng từng chất trong dd

b Nếu cho từ từ dd A vào 20 gam dd HCl 9,125% và khuấy đều sau đó cho thêm vào

dd chứa 0,02mol Ba(OH)2 Hãy giải thích các hiện tượng xảy ra và tính khối lượng cácchất sau phản ứng Giả sử phản ứng xảy ra hoàn toàn

Bài 5: Cho từ từ 300ml dd HCl 1M vào 300ml dd (K2CO3 + Na2CO3) thì thu được 2,24 lítkhí đktc và dd A Nừu lấy dd A cho phản ứng với dd Ba(OH)2 dư thì thấy xuất hiện 19,7gam kết tủa Tính nồng độ mol từng muối trong dd đầu Biết khi cô cạn dd đầu thu được24,4 gam chất rắn.

4 Phản ứng giữa oxit axit ( CO 2 , SO 2 ) và axit H 2 S, H 2 SO 3 , H 3 PO 4 với hỗn hợp dung dịch kiềm.

Bài tập tổng quát: Dẫn X vào dung dịch có chứa ion OH

Biết nX ( X là CO2, SO2, H2S, H2SO3, H3PO4 ) và n OH

Nguyên tắc : Đặt T =

X

OH n

1<T<2 (1) và (2) S2- và HS

Bài tập tổng quát Cho từ từ dung dịch H3PO4 vào dung dịch hỗn hợp gồm

NaOH, KOH và Ba(OH)2

Đặt T =

4

3PO H

OH n

T = 2 (2) HPO42- 2<T <3 (2) và (3) HPO42- và PO43- 1<T<2 (3) PO43- và NaOH có thể dư

Bài 1 Sục V lit khí CO2 ở đktc vào 200 ml dung dịch A gồm : NaOH 1M và KOH 0,5 M

V ứng với các giá trị trong các trương hợp sau:

Cô cạn dung dịch B khối lượng chất rắn khan là khối lượng các ion tạo ra các muối :

m = m K + m Na + m CO

 2

Đặt: T=

2

CO

OH n

3

= 0,2.0,5 39 + 0,2.1 23 + 0,1 61 + 0,1 60 = 20,6 (g)

Bài 2 Cho 250 ml hỗn hợp dung dịch gồm NaOH 0,1M, KOH 0,1M vào 200 ml dung

dịch H3PO4 1,5M Cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam muối

Bài giải

Ta có : n OH  0 , 25 1  0 , 25 1  0 , 5mol; n H3PO4  0 , 2 1 , 5  0 , 3mol

3 , 0

5 , 0

5 Phản ứng giữa muối của hiđroxit luỡng tính (Al 3+

, Zn 2+ , Cr 3+ ) với với hỗn hợp dung dịch kiềm ( NaOH, KOH, Ca(OH) 2 , Ba(OH) 2 ).

Dạng 1 Biết nX ( X là Al3+

, Zn2+, Cr3+ ) và nNaOH => Xác định lượng kết tủa X(OH)3

Ví dụ Cho từ từ đến dư dung dịch NaOH vào dung dịch Al2(SO4)3

Pthh : Al2(SO4)3  2Al3+ + 3SO42+

T ≥4 (2) AlO2- và NaOH có thể dư Dạng 2 Biết nX ( X là Al3+

, Zn2+, Cr3+ ) vàn X (OH) 3=> Xác định lượng OH- phản ứng

Nguyên tắc : so sánh n Al3  với n Al (OH) 3

+ Nếu n Al3 = n Al (OH) 3 => chỉ xảy ra (1)

Pthh : Al3+ + 3OH-  Al(OH)3 (1)

+ Nếu n Al3 ≠ n Al (OH) 3 => xảy ra 2 trường hợp

TH1 : n Al3  dư hoặc vừa đủ phản ứng tạo tủa ở ( 1)

38 , 0

OH

=> 3< T < 4 => Xảy ra (1) và 92) Ptpu : Al3+ + 3OH-  Al(OH)3 (1)

0,1 0,3 0,1

Al(OH)3 + OH-  AlO2- + H2O (2)

Ptpu : Al3+ + 3OH-  Al(OH)3 (1)

Bài 2 Thêm m gam K vào 300 ml dung dịch chứa Ba(OH)2 0,1M và NaOH 0,1Mthuđược dung dịch X Cho từ từ dung dịch X vào 200 ml dung dịch Al2(SO4)2 0,1M thu đượckết tủa Y Để thu được lượng kết tủa lớn nhất thì m bằng bao nhiêu

II PHẢN ỨNG OXI HOÁ-KHỬ XẢY RA TRONG DUNG DỊCH

Lưu ý: Đối với phản ứng oxi hoá - khử, là do sự oxi hoá - khử của chất khử và chất oxi hoá xảy ra dưới tác dụng của môi trường

1 Kim loại phản ứng với hỗn hợp axit không có tính oxi hoa mạnh

Bài 1 Cho 200ml dung dịch hỗn hợp 2 axít HCl và H2SO4 tác dụng với 1 lượng bột Fe

dư thấy thoát ra 4,48l khí (đktc) và dung dịch A Lấy 1/10 dung dịch A cho tác dụng vớiBaCl2 dư thu được 2,33g kết tủa

Nồng độ mol/l của HCl và H2SO4, khối lượng Fe đã tham gia phản ứng là:

48 , 4

2   ; n Ba SO 0 , 01mol

233

33 , 2

2 , 0



2 , 0

1 , 0

2.Tính oxi hoá của ion NO 3 - với kim loại phụ thuộc vào môi trường.

Lưu ý:

Không có khả năng oxi hoá

NO3- Có khả năng oxi hoá như HNO3

Bị Al, Zn, khử đến NH3

Bài 1 So sánh thể tích khí NO (duy nhất) thoát ra trong hai thí nghiệm dưới đây(ở đktc).

Thí nghiệm 1 Cho 3,84 gam Cu tác dụng hết với 80 ml dung dịch HNO3 1M

Thí nghiệm 2 Cho 3,84 gam Cu tác dụng hết với 80 ml dung dịch HNO3 1M và HCl1M

Bài giải

Thí nghiệm 1: Ta có: n Cu 0 , 06mol

64

84 , 3

Vậy thể tích khí NO thoát ra ở thí nghiệm 2 gấp đôi thể tích NO thoát ra ở TN1

Bài 2 So sánh thể tích NO duy nhất thoát ra trong hai trường hợp sau

Thí nghiệm 1 : Cho 6,4 g Cu tác dụng với 120ml HNO3 1M loãng

Thí nghiệm 2 : Cho 6,4 g Cu tác dụng với 120ml hỗn hợp HNO3 1M loãng và H2SO4

0,5M loãng Cô cạn dung dịch sẽ thu được bao nhiêu gam muối khan Biết các phản ứngxảy ra hoàn toàn, các thể tích khí đo ở đktc

Bài giải

Thí nghiệm 1 Ta có: n Cu 0 , 1mol

64

4 , 6



 n HNO3  0 , 12 1  0 , 12mol

3Cu + 8H+ + 2NO3-  3Cu2+ + 2NO + 4H2O

Trong dung dịch sau phản ứng cô cạn có 0,06 mol ion SO42- tạo ra 0.06 mol CuSO4

Còn lại 0.06 mol ion NO3- tạo ra 0,03 mol Cu(NO3)2

Bài 3 Cho 7,86 gam Cu vào 120 ml dung dịch hỗn hợp HNO3 1M và H2SO4 1M Sauphản ứng xảy ra hoàn toàn thu được bao nhiêu lít khí NO (đktc) Khi co cạn dung dịchthu được bao nhiêu gam muối khan

Bài giải

Ta có: n Cu 0 , 12mol

64

68 , 7

Bài 4 Cho 1,92 gam Cu vào 100 ml dung dịch chứa đồng thời KNO3 0,16M và H2SO4

0,4M thấy sinh ra một chất khí có tỉ khối so với H2 là 15 và dung dịch A



 ; n KNO3  0 , 016mol; n H2SO4  0 , 04mol ; n H  2 0 , 04  0 , 08mol

Khí là sản phẩm khử NO3- có M =30 vậy khí đó là NO

3Cu + 2NO3- + 8H+  3 Cu2+ + 2NO + 4H2O

Cu2+ + 2OH-  Cu(OH)2

0.024 0.048

Vậy : VNaOH = 0 128 ( )

5 0

048 0 016 0

Bài 2 Cho 2,88 gam Mg vào dung dịch hỗn hợp chứa 0,2 mol HCl và 0,015 mol

Cu(NO3)2 Khi phản ứng kết thúc thu được dung dịch chi có một chất tan MgCl2, thấythoát ra m1 gam hỗn hợp khí gồm H2 và N2 và còn m2 gam chất không tan Tính m1 và m2

Bài 3: Cho 24,3g Al vào 225ml dung dịch hỗn hợp ( NaNO3 1M+ NaOH 3M) khuấy đềucho đến khi ngừng thoát khí thì dừng lại Thể tích khí thoát ra ở đktc là :

A 10,8 lít B 15,12 lít C 2,25 lít D 20,16 lít

Bài 4.

a/ Cho hỗn hợp gồm FeS2 , FeCO3 tác dụng hết với dung dịch HNO3 đặc, nóng dư thuđược dung dịch A và hỗn hợp khí B gồm NO2 và CO2 Thêm dung dịch BaCl2 vào dungdịch A Hấp thụ hỗn hợp khí B bằng dung dịch NaOH dư Viết phương trình phân tử vàphương trình ion thu gon của các phản ứng xảy ra

b/ Trộn 200 ml dung dịch HCl 0,1M và H2SO4 0,05M với 300 ml dung dịch Ba(OH)2 cónồng độ a mol/l thu được m gam kết tủavà 500 ml dung dịch có pH = 13 Tính a và m

Bài 5 Có 50 ml hai axit H2SO4 1,8M và HCl 1,2M Cho 8,2 g hỗn hợp Fe và Mg vào dd

đó khí sinh ra được dẫn qua ống sứ chứa 16g CuO nung nóng Tính thể tích dd

H2SO496% (d=1,84 ) cần thiết để hoà tan hết hợp chất rắn trong ống

Bài 6 Hoà tan hoàn toàn 7,74 gam hỗn hợp bột Mg và Al bằng 500 ml dung dịch hỗn

hợp HCl 1M và H2SO40,28M thu được dung dịch X và 8,736 lít khí H2 ( ở đktc ) Cô cạndung dịch X thu được luợng muối khan là

A 77,86 gam B 25,95 gam C 103,85 gam D 38,93 gam