phương pháp định luật bảo toàn điện tích

Phơng pháp định luật bảo toàn điện tích. I. Nội dung phơng 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 dơng 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 dơng. 2.Tổng điện tích dơng bằng tổng điện tích âm. Hay tổng số mol điện tích dơng bằng tổng số mol điện tích âm. 3. Trong các phản ứng oxi hóa khử thì tổng số mol e do các chất khử nhờng 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 lợng cho trớc sẽ phải nhờng một số e không đổi cho bất kỳ tác nhân oxi hóa nào. II. Phạm vi sử dụng. Định luật bảo toàn điện tích đợc áp dụng trong các trờng nguyên tử, phân tử dung dịch trung hoà điện. Xác định khối lợng chất rắn sau khi cô cạn một dung dịch khi biết số mol của các ion trong dung dịch, xác định lợng 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 v Fe3O4 phản ứng hết với dd HNO3 loãng d thu đợc 1.344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất ở ktc) và dung d ch X. Cô cạn dung dịch X sau phản ứng đ ợc m gam muối khan. Giá trị m là: A. 34.36 gam. B. 35.50 gam. C. 49.09 gam D. 38.72 gam. Bài giải. ( Đ nFe = m/56 mol Dựa vào ĐLBTKL ta có: Đ Đ Đ Đ áp dụng ĐLBTĐT NO 1,344 n 0, 06mol; 22, 4 = = O O 11,36 m m 11,36 m n mol 16 = => = 3 Fe Fe 3e m 3m mol; 56 56 + + 2 O 2e O 11,36 m 2(11,36 m) 16 16 + 5 2 N 3e N 0,18 0,06mol + + + ơ Đ Cách 2: áp dụng công thức giải nhanh. Đ => D đúng Cách 3. Lấy các đáp án đem chia cho khối lợng mol của muối là 242 thì các số đều lẽ nhng 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 đợc 3 gam chất rắn X. hào btan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO3 d thu đợc 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. ( Đ nFe = m/56 mol Dựa vào ĐLBTKL ta có: Đ Đ Đ Đ áp dụng ĐLBTĐT Đ =>A đúng. Cách 2: áp dụng công thức giải nhanh. Đ => A đúng Bài toán 3. Lấy 3 muoi Fe Fe NO 3m 2(11,36 m) 0,18 m 8,96gam 56 16 m m m 8,96 62.3.n 8.96 8,96 62.3. 38,72 gam D dung 56 = + = = + = + = = + = => 3 3 3 3 hh e Fe Fe(NO ) Fe , Fe(NO ) 7.m 56.n 7.11,36 56.0,06.3 m 8,96gam 10 10 8,96 n n 0,16mol m 0,16.242 38,72gam 56 + + = = = = = = = = NO Fe 0,56 56 n 0,025mol; n mol 22,4 m = = = O O 3 m m 3 m n mol 16 = => = 3 Fe Fe 3e m 3m mol; 56 56 + + 2 O 2e O 3 m 2(3 m) 16 16 + 5 2 N 3e N 0,075 0,025mol + + + ơ 3m 2(3 m) 0,075 m 2,52gam 56 16 = + = hh e Fe 7.m 56.n 7.3 56.0,025.3 m 2,52gam 10 10 + + = = = 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 đợc 4,74 hỗn hợp 2 ôxít. - Phần 2 hòa tan hoàn toàn trong dung dịch chứa 2 axit HCl và H2SO4 loãng thu đợc 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 lợng mỗi phần: 7,88:2=3,94 gam. Số mol O kết hợp với 3,94 gam hỗn hợp kim loại: Đ Quá trình tạo ôxit: Đ Theo ĐLBTĐT thì ở phần 2: Đ Vậy Đ 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 đợc lợng kết tủa lớn nhất. Giá trị V ml là: A. 450 ml B. 600 ml C. 300 ml D. 150 ml Bài giải. Phơng trình ion rút gọn xẫy ra: Đ Khi phản ứng kết thúc các kết tủa tách khỏi dung d ch, phần dung d ch chứa Na+, Cl- và NO-3 . Để trung hoà về điện tích thì Đ Đ => D đúng. Chú ý: + Đ + Nếu Đ + Nếu Đ 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 lợng không đổi thu đợc 2.84 gam chất rắn. Khối lợng 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 4,74 3,94 0,05mol 16 = 2 O 2e O 0,05 0,1mol + 2 2H 2e H 0,1mol 0,05mol + + 2 H V 0,05.22,4 1,12 A dung= = => 2+ 2- 3 3 2+ 2- 3 3 2+ 2- 3 3 Mg + CO = MgCO . Ba + CO = BaCO . Ca + CO = CaCO . 3 0,3 Na Cl NO n n n mol + = + = 2 3 Na ddNa CO n 0,3 V 0,15lit 150ml 2 2. Na + + = = = = 2 3 2 Na 2 3 3 Na CO n Na CO 2.Na CO n 0.15mol 2 + + = + => = = 2 3 Na Na CO n 0,3 V 0,3lit 300ml C sai 1 Na + + = = = = => 2 3 Na Na CO 2n 0,3.2 V 0,6lit 600ml B sai 1 Na + + = = = = => 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: Đ Chú ý: + Nếu Đ. Do chỉ có muối một phần +Nếu Đ + Nếu Đ 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 đợc lợng khối lợng kết tủa lớn 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: Đ. để thu đợc l- ợng kết tủa lớn nhất thì cần 0,1 mol OH- để tác dụng hết HCO3- . Đ Mặt khác cần 0,3 mol OH- để trung hòa Na+, nh vậy cần tổng số mol OH- =0,4 mol=>Đ. Chú ý: + Nếu Đ + Nếu Đ + Nếu Đ. 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 phơng pháp định luật bảo toàn điện tích : tổng số mol điện tích dơng bằng tổng số mol điện tích âm. Ta có Đ=> 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 đợc 6,72 lít H2 (đktc) và dung dịch X . Thể tích HCl 2 M cần cho vào X để thu đợc 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. Đ khi cho axit HCl vào dung dịch X ta có ptp sau: H+ + OH- ( H2O H+ + AlO2- + H2O ( Al(OH)3 Đ 2 Cl (muoi) O(oxit) H oxit kimloai O kimloai honhop n 1,792 n n 0,08mol 2 22,4 m m m m 2,84 16.0,04 1,56gam m 1,56.2 3,12gam A dung = = = = = + => = = = = => honhop m 1,56 B sai= => honhop m 2,84 32.0,08 0,28gam m 0,56gam C sai= = => = => honhop m 2,84 16.0,04 2,2gam m 4,4gam D sai= = => = => 2 Ba 1M, OH 2M + = = 2 3 3 2 HCO OH CO H O + + 2 Ba(OH) 0,4 V 0,2lit D dung 2 = = => 2 Ba(OH) 0,4 V 0,4lit A sai 1 = = => 2 Ba(OH) 0,2 V 0,1 lit C sai 2 = = => 2 Ba(OH) 0,3 V 0,15 lit D sai 2 = = => 3 2 4 K Fe Cl SO 1.n 3.n 1.n 2.n + + + = + 2 AlO OH Na n n n 0,5mol + + = = Để thu đợc kết quả lớn nhất thì Đ Chú ý : Nếu sử dụng ph- ơng pháp này thì sẽ thừa dữ kiện và ta có thể sử dụng nhiều phơng 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 đợc 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+ Đ 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 lợng các muối tan có trong dung dịch là 5,435 gam . Giá trị của x , y lần lợt là: A. 0,03 và 0,02. B. 0,05 và 0,01 C. 0,01 và 0,03 D. 0,02 và 0,0,5 Bài giải áp dụng ĐLBTĐT : x + 2y = 0,02 . 2 + 0,03 = 0,07 (1) Mặt khác khối lợng muối bằng tổng khối lợng các ion . => 64 . 0,2 + 0,03 . 39 + 35,5.x + 96.y = 5,435 (2) Đ 35,5x + 96y = 2,085 (3) , Từ (1) và (3) Đ 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 lợng các muối tan có trong dung dịch là 46,9 gam . Giá trị của x , y lần lợt là: A. 0,4 và 0,2. B. 0,2 và 0,3 C. 0,3 và 0,25 D. 0,1 và 0,35 Bài giải áp dụng ĐLBTĐT : x + 2y = 0,1.2 + 0,2.3 = 0,8 (1) Mặt khác khối lợng muối bằng tổng khối lợng các ion . => 0,1.56 + 0,2 .27+ 35,5.x + 96.y = 46,9 (2) Đ 35,5x + 96y = 35,9 (3) , Từ (1) và (3) Đ 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 SO42- và ion NO3- . Nếu cô cạn dung dịch thì sẽ thu đợc khối lợng muối khan là: A. 4,71 gam B. 3,47 gam C. 4,09 gam D. 5,95 gam Bài giải Đ áp dụng ĐLBTĐT : 0,01 + 0,02.3 = 0,02 + nNO3- => nNO3-=0,03 mol mà Đ Chú ý: 2 HCl H AlO OH 0,5 n n n 0,5mol V 0,25lit A dung 2 + = + = => = = => HCl Cl Na 0,6 n n 0,6mol V 0,15lit D dung 4 + = = => = = => 3 2 4 K Al SO n 0,01mol, n 0,02mol , n 0,02mol + + = = = 3 2 4 3 muoi K Al SO NO m m m m m 0,39 0,54 1,92 62.0,03 4,71gam A dung + + = + + + = = + + + = => 3 muoi NO n 0,01 0,02 0,02 0,01mol m 3,47gam B sai = + = => = => - Nếu Đ - Nếu Đ - Nếu Đ. Bài toán 13. Một dung dịch X chứa a mol Na+, b mol HCO3- , c mol CO2-3 , d mol SO42- . Để thu đợc 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 A. Đ B. Đ C. Đ D. Đ Phơng trình phản ứng xẫy ra: Đ 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 phơng trình (1) cũng phải bắng b mol, nên số mol OH- ban đầu là (a+b) mol Đ Chú ý: + Từ (1) Đ + Nếu Đ + Nếu từ (4) Đ 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 A.3,9 gam B. 3,12 gam C. 4,68 gam D. 2,34 gam 2. Nồng độ mol của các chất trong dung dịch D là A. NaCl 0,1 M và NaAlO2 0,2 M B. NaCl 1 M và NaAlO2 0,2 M C. NaCl 1M và NaAlO2 2 M D. NaCl 1,8 M và NaAlO2 1 M 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, lợng kết tủa thu đợc là 15,6 gam, giá trị lớn nhất của V lít là: A: 1,2 B: 1,8 C: 2 D: 2,4 Bài 4: Hòa tan hoàn toàn một ôxit sắt FexOy bằng dung dịch H2SO4 đặc nóng thu đợc 3 muoi NO n 0,02mol m 4,09gam C sai = => = => 3 muoi NO n 0,01 0,02 0,02 0,05mol m 5,95gam D sai = + + = => = => a b y V + = a b y 2V + = b c d y V + + = b c d y 2V + + = - - 2- 3 2 3 2+ 2- 3 3 2+ 2- 4 4 OH + HCO = H O+CO .(1) Ba + CO = BaCO .(2) Ba + SO = BaSO .(3) 2+ - 2 Ba(OH) =Ba +2OH (4) y.Vmol 2y.Vmol a b =>2y.V=a b y B dung 2V + + => = => - 2- 2- 3 3 4 NO CO SO n =b mol, tu(2) n =c mol, tu(3) n =d mol b+c+d =>y.V=b+c+d=>y= C sai V => b+c+d 2y.V=b+c+d=>y= D sai 2V => a+b y.V=a+b=>y= A sai V => 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: A. FeO B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. Không xác định đợc Bài 5: Nung y mol Fe trong không khí một thời gian thu đợc 16,08 gam hỗn hợp A gồm 4 chất rắn gồm Fe và các ôxit sắt. hòa tan hết lợng hỗn hợp A trên bằng dung dịch HNO3 loãng d thu đợc 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 đợc 4,48 lit khí NO2 duy nhất(đktc) và 145,2 gam muối khan. Giá trị của là m gam: A. 44 gam B. 32 gam. C. 58 gam D. 22 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 đợc 7,8 gam kết tủa. Giá trị lớn nhất của V để thu đợc lợng kết tủa trên là: A: 0,05 B: 0,25 C: 0,35 D: 0,45 Bài 8: Cho 3,42 gam Al2(SO4)3 vào 50ml dung dịch NaOH, thu đợc 1,56gam kết tủa và dung dịch X. Nồng độ M của dung dịch NaOH là: A: 0,6 B: 1,2 C: 2,4 D: 3,6 Bài 9: Hoà tan hết m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 v Fe3O4 bằng HNO3 thu đ ợc 2.24 lít khí màu nâu duy nhất ( ktc). 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 v Fe3O4 bằng HNO3 đặc, nóng thu đợc 3.36 lít khí NO2 ( ktc). 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 trờng không có không khí) đến phản ứng xẫy ra hoàn toàn thu đợc 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 đợc V lít hỗn hợp khí X gồm NO và NO2 (đktc) và dung d ch Y ( chỉ chứa 2 muối và axit d ). Tỉ khối của X so với H2 bằng 19. Giá trị V lít là: A. 2.24 B. 3.36. C. 4.48 D. 5.60. . Phơng pháp định luật bảo toàn điện tích. I. Nội dung phơng 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. áp dụng phơng pháp định luật bảo toàn điện tích : tổng số mol điện tích dơng bằng tổng số mol điện tích âm. Ta có Đ=> x + 3y = z + 2t ( A (Đúng). Bài toán 8. Cho tan hoàn toàn 15,6 gam hỗn. tích tích dơng 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 dơng. 2.Tổng điện tích