Biết hai dung dịch M và N phản ứng với dung dịch KHSO4 đều sinh ra kết tủa trắng, các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn... Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí
Trang 1GIẢI BÀI TẬP HĨA HỌC HAY VÀ KHĨ DỰA TRÊN SỰ
BẢO TỒN ĐIỆN TÍCH CỦA CÁC ION TRONG DUNG DỊCH
1 Cơ sở của phương pháp
Trong dung dịch chất điện li, tổng số mol
điện tích của ion dương bằng tổng số mol điện
tích của ion âm
2 Các ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Hịa tan hồn tồn m gam hỗn hợp
gồm Na2O và Al2O3 vào nước, thu được dung
dịch X Thêm từ từ dung dịch HCl 1M vào X,
khi hết 100 ml thì bắt đầu xuất hiện kết tủa; khi
hết 300 ml hoặc 700 ml thì đều thu được a gam
kết tủa Giá trị của a và m lần lượt là
A 23,4 và 35,9 B 15,6 và 27,7
C 23,4 và 56,3 D 15,6 và 55,4
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Chu Văn An – Hà Nội, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn : Cho từ từ 0,1 mol HCl vào dung
dịch X thì bắt đầu xuất hiện kết tủa, chứng tỏ
trong X cĩ 0,1 mol OH−, các ion cịn lại là Na+,
4
[Al(OH) ]−
Cho từ từ 0,3 mol HCl vào X (TN1) hoặc cho
0,7 mol HCl vào X (TN2), thu được lượng kết
tủa như nhau Ở TN1, 0,1 mol H+ để trung hịa
OH−, cịn 0,2 mol H+ phản ứng với [Al(OH) ]4 −
tạo ra 0,2 mol Al(OH)3 Suy ra ở cả hai thí
nghiệm
3
Al(OH)
n =0,2 mol⇔ =a 15,6 gam,ở
TN1 chưa cĩ hiện tượng hịa tan kết tủa, ở TN2
đã cĩ hiện tượng hịa tan kết tủa
Sơ đồ phản ứng :
3
2 3
3 3
0,2 mol
Na , Cl
Al(OH) [Al(OH) ]
Al O Na , OH
Na O [Al(OH) ]
Na , Cl
Al(OH) Al
+ −
−
−
+ − +
1424 3
1424 3
Áp dụng bảo tồn điện tích cho các dung
dịch sau phản ứng ở TN1, TN2, ta cĩ :
4
3
2
3 3
2 3
y
Na
Na O
Al O
x 0,4
y 0,1
n
2
+
+
+
14243
Ví dụ 2: Hịa tan hồn tồn m gam ZnSO4
vào nước được dung dịch X Nếu cho 110 ml dung dịch KOH 2M vào X (TN1) thì thu được 3a gam kết tủa Mặt khác, nếu cho 140 ml dung dịch KOH 2M vào X (TN2) thì thu được 2a gam
kết tủa Giá trị của m là :
A. 17,71 B 16,10
C. 32,20 D 24,15
(Đề thi thử Đại học lần 5 – THPT chuyên KHTN
Hà Nội, năm học 2012 – 2013) Hướng dẫn : Đặt
4
ZnSO
n =x mol
Zn(OH) ở TN1 Zn(OH) ở TN1 Zn(OH) ở TN2 Zn(OH) ở TN2 Zn(OH) ở TN1 Zn(OH) ở TN2
Từ giả thiết, suy ra : Ở TN2 đã cĩ hiện tượng hịa tan kết tủa Ở TN1 cĩ thể kết tủa đã bị hịa tan hoặc chưa bị hịa tan
Nếu ở TN1 Zn(OH)2 chưa bị hịa tan, áp dụng bảo tồn điện tích trong các dung dịch sau phản ứng, ta cĩ :
−
−
HCl : 0,7 mol
Trang 2{ {Zn 2 OH
0,1066 0,22
6y 0,22
4x 4y 0,28
y 0,0366; x 0,1066
TN1: 2 n + n − (*)
=
Từ (*) suy ra : TN1 đã có hiện tượng hòa tan
kết tủa : Không thỏa mãn
Vậy ở TN1 Zn(OH)2 đã bị hòa tan, áp dụng
bảo toàn điện tích trong các dung dịch sau phản
ứng, ta có :
4
ZnSO
x 0,1; y 0,03 4x 6y 0,22
4x 4y 0,28
−
−
14243 14243
Ví dụ 3: Dung dịch X gồm NaOH x mol/l và
Ba(OH)2 y mol/l và dung dịch Y gồm NaOH y
mol/l và Ba(OH)2 x mol/l Hấp thụ hết 0,04 mol
CO2 vào 200 ml dung dịch X, thu được dung
dịch M và 1,97 gam kết tủa Nếu hấp thụ hết
0,0325 mol CO2 vào 200 ml dung dịch Y thì thu
được dung dịch N và 1,4775 gam kết tủa Biết
hai dung dịch M và N phản ứng với dung dịch
KHSO4 đều sinh ra kết tủa trắng, các phản ứng
đều xảy ra hoàn toàn Giá trị của x và y lần lượt
là
A 0,1 và 0,075 B 0,05 và 0,1
C 0,075 và 0,1 D 0,1 và 0,05
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT
Chuyên – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn : Coi phản ứng của 0,04 mol
CO2 với dung dịch X là thí nghiệm 1 (TN1);
phản ứng của Y với 0,0325 mol CO2 là thí
nghiệm 2 (TN2)
Ở cả hai TN
n <n Mặt khác, dung dịch sau phản ứng ở hai TN phản ứng với
KHSO4 đều tạo ra kết tủa Suy ra : Dung dịch
sau phản ứng còn chứa Ba2+ Ion CO32− tạo ra
đã chuyển hết vào BaCO3 Dung dịch sau các phản ứng chứa
2
3
Ba , Na , HCO + + −
Sử dụng bảo toàn nguyên tố Ba, C và bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng, ta có:
2
3
2
3 3
0,2y 0,2x 0,0075 0,0325 7,5.10
0,2x 0,4y 0,05 x 0,05 0,4x 0,2y 0,04 y 0,1
−
Ví dụ 4: Hấp thụ hoàn toàn 7,84 lít CO2
(đktc) vào 200 ml dung dịch hỗn hợp NaOH 1M
và KOH xM Sau phản ứng làm bay hơi dung dịch được 37,5 gam chất rắn Xác định x
A 1,5 B 1,0
C 0,5 D 1,8
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Quỳnh Lưu 1 – Nghệ An, năm học 2012 – 2013) Hướng dẫn : Theo bảo toàn điện tích trong
dung dịch sau phản ứng, bảo toàn khối lượng và
bảo toàn nguyên tố C ta có :
{ {
2
2
2
2
3 2
0,2 0,2x
0,2 0,2x
CO
HCO CO
7,84
22,4
x 1,5
−
−
=
Ví dụ 5: Một dung dịch X chứa 0,1 mol Na+; 0,2 mol Ba2+; x mol HCO3− và y mol Cl− Cô cạn dung dịch X rồi lấy chất rắn đem nung đến
Trang 3khối lượng không đổi thu được 43,6 gam chất
rắn Giá trị của x và y lần lượt là
A. 0,1 và 0,4 B 0,14 và 0,36
C. 0,45 và 0,05 D. 0,2 và 0,1
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN
Hà Nội, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn :
3
n − ≤2n +thì khi cô cạn dung dịch
X và nung đến khối lượng không đổi sẽ thu được
hỗn hợp gồm BaO, NaCl hoặc BaO, NaCl và
BaCl2 Như vậy, ion HCO3− đã được thay bằng
ion O2− Theo giả thiết và bảo toàn điện tích, ta
có :
{
2 3
2
3
x
0,5x
x
8x 35,5y 13,9 y 0,36
123
123
● Nếu trường hợp 2
3
n − ≤2n + không thỏa mãn thì ta xét trường hợp 2
3
n − >2n + Khi
đó chất rắn sẽ gồm Na2CO3, BaO và NaCl
Ví dụ 6: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và
1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch chứa hỗn
hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M Sau khi
các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung
dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Cho
V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì
lượng kết tủa thu được là lớn nhất Giá trị tối
thiểu của V là :
A. 120 B. 240
(Đề thi thử Đại học lần 5 – THPT chuyên KHTN
Hà Nội, năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn : Bản chất phản ứng của Fe, Cu
với dung dịch hỗn hợp H2SO4, NaNO3 là phản ứng oxi hóa – khử Xét toàn bộ quá trình phản ứng, ta thấy dung dịch cuối cùng chỉ chứa Na+,
2 4
SO − và NO3− Dựa vào giả thiết và áp dụng bảo toàn electron, bảo toàn điện tích cho dung dịch sau cùng, ta có :
3 3
2
2 4 4
2
3
H SO SO
Cu
1,12
64
x 0,04
V 0,36 lít
360 ml
−
−
Ví dụ 7: Hòa tan hoàn toàn 0,1 mol FeS2
trong 200 ml dung dịch HNO3 4M, sản phẩm thu được gồm dung dịch X và một chất khí thoát ra
Dung dịch X có thể hòa tan tối đa m gam Cu
Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 đều là NO Giá trị của m là :
C. 9,6 D. 3,2
(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2012) Hướng dẫn : Sơ đồ phản ứng :
2
4 3
2
FeS
Fe , SO
NO , H
Cu , Fe
NO , SO
− +
Áp dụng bảo toàn electron cho toàn bộ quá trình phản ứng, bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng và bảo toàn nguyên tố Fe, S, N,
Cu, ta có :
HNO3
Cu
Trang 4{ { {
2
3
0,1
−
Suy ra : mCu =0,2.64 12,8 gam=
Ví dụ 8: Hoà tan hết 12,8 gam hỗn hợp X
gồm Cu2S và FeS2 trong dung dịch có chứa a
mol HNO3, thu được 31,36 lít khí NO2 (ở đktc
và là sản phẩm duy nhất của sự khử N+5) và
dung dịch Y Biết Y phản ứng tối đa với 4,48
gam Cu giải phóng khí NO Tính a ?
A 1,8 mol B 1,44 mol
C 1,92 mol D 1,42 mol
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Hạ Hòa –
Phú Thọ, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết và áp dụng bảo
toàn electron cho phản ứng của X với HNO3, ta
có :
Dung dịch Y gồm Fe3+, Cu2+, SO42−,NO3−,
H+ Khi cho Cu (tối đa) vào Y, Cu bị oxi hóa bởi
(H+, NO3−) và Fe3+ Vậy bản chất của bài toán
là: Hỗn hợp Cu2S, FeS2 và Cu tác dụng với dung
dịch HNO3, giải phóng hỗn hợp khí NO, NO2 và
tạo ra dung dịch Z Dung dịch Z có các ion Fe2+,
Cu2+, SO42−, ion còn lại là H+ hoặc NO3− Vì
2n + +2n + >2n − nên ion còn lại trong
dung dịch Z là ion âm để cân bằng điện tích, đó
là ion NO3−
Áp dụng bảo toàn electron và bảo toàn điện
tích trong dung dịch Z và bảo toàn nguyên tố N,
ta có :
{ { {
3
3
0,02
−
−
Ví dụ 9: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm FeS2 và Fe3O4 bằng 100 gam dung dịch HNO3
a% vừa đủ, thu được 15,344 lít hỗn hợp khí gồm
NO và NO2 có khối lượng 31,35 gam và dung dịch chỉ chứa 30,15 gam hỗn hợp muối Giá trị của a là
A. 46,24 B. 43,115
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Hùng Vương –
Phú Thọ, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Từ giả thiết, suy ra :
2
2
2
NO NO
15,344
22,4
Theo bảo toàn electron, bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng và giả thiết, ta có :
{
3
3
0,01
552x 504y 62z 30,15 z 0,225
+
+
123 123
Trang 53
0,685 0,225
HNO
0,91.63
100
−
⇒
14243
Ví dụ 10: Hòa tan hết 31,2 gam hỗn hợp Fe,
FeO, Fe2O3 vào 800 ml dung dịch HNO3 2M vừa
đủ, thu được V lít NO (đktc, sản phẩm khử duy
nhất) và dung dịch X Dung dịch X hòa tan tối
đa 9,6 gam Cu Giá trị của V là:
A 8,21 lít B 6,72 lít
C 3,36 lít D 3,73 lít
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN
Huế, năm học 2013 – 2014)
qñ
2 3
2 3
3
3
NO Fe
Fe
FeO
O
Fe O
Fe Fe
Cu NO
NO
+ +
+
−
−
→
Xét toàn bộ quá trình phản ứng, ta thấy : Chất
khử là Fe, Cu; chất oxi hóa là O và N+5 trong
HNO3 Theo bảo toàn electron, bảo toàn điện
tích trong dung dịch sau phản ứng và giả thiết, ta
có :
3
56 n 16 n 31,2
−
Suy ra : VNO (ñktc)=6,72 lít
Ví dụ 11: Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 trong 400 ml dung dịch HNO3 3M (dư), đun nóng, thu được dung dịch Y và V lít khí NO (là sản phẩm khử duy nhất) Cho 350 ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y, thu được 21,4 gam kết tủa và dung dịch Z Giá trị của V là :
A. 3,36 B. 5,04
C. 5,6 D 4,48
(Đề thi thử Đại học – Trường THPT Lê Hồng Phong – Nam Định, năm học 2011 – 2012) Hướng dẫn : Theo giả thiết, ta có :
3 3
3
HNO NO
NaOH Na
Fe(OH)
21,4
107
−
+
Dung dịch Z chứa Na , NO+ 3− và có thể còn
3
Fe + Quy đổi hỗn hợp X thành Fe và O Theo bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo toàn điện tích cho dung dịch Z và bảo toàn nguyên tố N,
Fe, ta có :
3
NO
56 n 16 n 19,2
56x 16y 19,2
3x z 1,1
x 0,3
y 0,15 V 4,48 lít
z 0,2
=
=
Ví dụ 12: Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và
H2SO4 0,25M Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại
và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) Giá trị của m và V lần lượt là
HNO3
Trang 6C. 10,8 và 4,48 D. 10,8 và 2,24
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2009)
Hướng dẫn : Sau phản ứng thu được 0,6m
gam hỗn hợp kim loại, chứng tỏ Fe dư Suy ra
dung dịch sau phản ứng chứa các ion
Fe , SO+ −, NO −
Áp dụng bảo tồn điện tích cho dung dịch sau
phản ứng và bảo tồn electron, ta cĩ :
{
3
2
Fe bđ Fe pư Cu
NO
NO
2x 3y 1,28 y 0,22
n 0,32 0,22 0,1
m 0,31.56 0,16.64 0,6m
V 2,24 lít
m 17,8 gam
+
−
⇒
=
14243 14243
Ví dụ 13: Cho m gam Fe vào 1 lít dung dịch X
gồm H2SO4 0,1M, Cu(NO3)2 0,1M, Fe(NO3)3
0,1M Sau khi phản ứng xảy ra hồn tồn thu
được 0,69m gam hỗn hợp kim loại, dung dịch Y
và khí NO (sản phẩm khử duy nhất) Giá trị m và
khối lượng chất rắn khan thu được khi cơ cạn
dung dịch Y là:
A 25,8 và 78,5 B. 25,8 và 55,7
C. 20 và 78,5 D 20 và 55,7
(Đề thi thử Đại học lần 3 – THPT Cẩm Khê –
Phú Thọ, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Trong phản ứng của Fe với
dung dịch X, chất khử là Fe, chất oxi hĩa là
3
NO−/ H+, Fe3+ và Cu2+ Sau phản ứng thu
được hỗn hợp kim loại, chứng tỏ Fe dư nên muối
tạo thành trong dung dịch là Fe2+
Áp dụng bảo tồn electron trong phản ứng
của Fe với dung dịch X, bảo tồn điện tích trong
dung dịch Y và bảo tồn nguyên tố Fe, N, ta cĩ :
3
2x 3y 0,3 x 0,225
Theo bảo tồn khối lượng, ta cĩ :
3
Fe dư Cu
0,325.56 0,1.96 0,45.62 hỗn hợp kim loại
m 20 gam
⇒ =
123 123
Ví dụ 14: Cho Zn tới dư vào dung dịch gồm HCl; 0,05 mol NaNO3 và 0,1 mol KNO3 Sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch X chứa m gam muối; 0,125 mol hỗn hợp khí Y gồm hai khí khơng màu, trong đĩ cĩ một khí hĩa nâu trong khơng khí Tỉ khối của Y so với H2 là 12,2 Giá trị của m là
A 61,375 B 64,05
C 57,975 D 49,775
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Chuyên – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014) Hướng dẫn : Theo giả thiết, suy ra trong Y cĩ
NO (khí khơng màu hĩa nâu trong khơng khí) Mặt khác, MY=12,2.2 24,4= ⇒ khí cịn lại trong Y là H2 Vì đã cĩ H2 sinh ra nên NO3− khơng cịn trong dung dịch X
Theo giả thiết, bảo tồn nguyên tố N, bảo tồn electron, ta cĩ :
2 2
2
NO H
30n 2n 24,4.0,125
Trang 7NO
0,1 0,15
Zn
+
14243
Theo bảo toàn điện tích trong dung dịch X và
bảo toàn khối lượng, ta có :
{ { { {
2
4
2
4
0,95 0,05
3 Bài tập vận dụng :
Câu 1: Cho m gam Ba vào 250 ml dung dịch
HCl aM, thu được dung dịch X và 6,72 lít H2
(đktc) Cô cạn dung dịch X thu được 55 gam
chất rắn khan Giá trị của a là
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Lục Ngạn số 1
– Bắc Giang, năm học 2013 – 2014)
Câu 2: Hoà tan 0,54 gam Al bằng 0,5 lít dung
dịch H2SO4 0,1M thu được dung dịch A Thêm
V lít dung dịch NaOH 0,1M vào dung dịch A
cho đến khi kết tủa tan một phần, lọc kết tủa
nung ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi
thu được 0,51 gam chất rắn Giá trị V là :
A. 0,8 lít B 1,1 lít
C. 1,2 lít D. 1,5 lít
(Đề thi thử Đại học lần 2 –THPT chuyên
Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Câu 3: Hoà tan hết m gam Al2(SO4)3 vào nước
được dung dịch X Cho 360 ml dung dịch NaOH
1M vào X, thu được 2a gam kết tủa Mặc khác,
nếu cho 400 ml dung dịch NaOH 1M vào X,
cũng thu được a gam kết tủa Các phản ứng xảy
ra hoàn toàn, giá trị của m là:
A 18,81 B 15,39
C 20,52 D 19,665
(Đề thi thử đại học lần 2 – THPT chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2011 – 2012)
Câu 4: Cho hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3 và
Fe3O4 trong 300 ml dung dịch chứa H2SO4 1M
và HNO3 1M, sau phản ứng hoàn toàn thu được dung dịch Y và thấy thoát ra 2,24 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc) Thể tích dung dịch NaOH 1M tối thiểu cần cho vào dung dịch Y để thu được kết tủa lớn nhất là
năm học 2012 – 2013)
Câu 5: Cho a gam hỗn hợp A gồm Fe2O3, Fe3O4,
Cu vào dung dịch HCl dư thấy có 1 mol axit phản ứng và còn lại 0,256a gam chất rắn không tan Mặt khác, khử hoàn toàn a gam hỗn hợp A bằng H2 dư thu được 42 gam chất rắn Tính % khối lượng Cu trong hỗn hợp A?
A 25,6% B. 50%
C 44,8% D. 32%
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Chu Văn An – Hà Nội, năm 2014
Bài 6: Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4 và Fe2O3 trong 50 ml dung dịch H2SO4 18M (đặc, dư, đun nóng), thu được
V lít khí SO2 (đktc) là sản phẩm khử duy nhất và dung dịch Y Cho 450 ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y, thu được 21,4 gam kết tủa và dung dịch Z Giá trị của V là
A 4,48 B 5,60
(Đề thi thử Đại học lần 2 –THPT chuyên Lam Sơn – Thanh Hóa, năm học 2013 – 2014)
