một số phương pháp giải bài tập phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬPPHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG DUNG DỊCH - Qua tham khảo ý kiến các đồng nghiêp, chuyên gia hoá học và mộtgiảng viên các trường Đại học – Cao đẵng, Đặc biệt C

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG DUNG DỊCH

- Qua tham khảo ý kiến các đồng nghiêp, chuyên gia hoá học và mộtgiảng viên các trường Đại học – Cao đẵng, Đặc biệt Các đề thi Tốt nghiệpTHPT- BTTH và Đề thi tuyển sinh vào THCN - CĐ- Đại Học nhiều câu hỏi,bài tập đề cập đến phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

- Xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học hiện nay “ Là dạyhọc theo phương pháp tích cực ‘’Giúp học sinh tích cực, tự giác, chủ độngsáng tạo, rèn luyện thói quên và khả năng tự học, tinh thần hợp tác bạn bè,Khả năng vận dụng vào tình huống khác nhau trong học tập và trong thực tiểnđời sống Tạo niền tin, niên vui, hứng thú trong học tập Học là quá trìnhKiến tạo – Tìm tòi – Khám phá - Phát hiện – Luyện tập – Sử lý thông tin Tựhình thành hiểu biết, năng lực và phẩm chất cá nhân Cách dạy quyết địnhcách học Người dạy định hướng tư vấn, tổ chức các hoạt động cho học sinh.Lấy “Học” làm trung tâm thay vì lấy “Dạy” làm trung tâm Dạy học chútrọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực tự học, tư duy sáng tạo củahọc sinh

- Đánh giá chất lượng đào tạo bằng phương pháp khách quan và ngườihọc tự đánh giá lẩn nhau, tự đánh giá trình độ kiến thức kết quả học tập bảnthân mình

II – MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI:

- Hệ thống hoá những kiến thức cơ bản về phản ứng trao đổi ion trongdung dịch khắc sâu phân loại phản ứng trao đổi ion, các trường hợp đặc biệt

và những kiến thức liên quan đến thực tiển đời sống

- Phương pháp tư duy phát hiện điều kiện phản ứng xảy ra, giải bài tậpliên quan đến phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

- Một số bài tập vận dụng và những điểm cần lưu ý khi xét phản ứngtrao đổi ion trong dung dịch

III – NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI:

- Chương trình hoá học lớp 11, lớp 12-Sách giáo viên, sách bài tập lớp

- Đưa ra hệ thống bài tập trắc nghiệm và bài tập tự luận và ý kiến nhậnxét

IV - ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU:

- Học sinh lớp 11 – 12 - Sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo

- Dự giờ đồng nghiệp, khảo sát kết quả kiểm tra, đề thi tốt nghiệptrung học phổ thông và bổ túc trung học phổ thông, đề thi tuyển sinh vào cáctrương đại học, cao đẵng và TH chuyên nghiệp

V – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Phương pháp Lý thuyết:

Nghiên cứu chương trình sách giáo khoa, sách bài tập và các tài liệutham khảo, thiết kế bài dạy của các đồng nghiệp và vở bài tập của học sinhcác bộ đề thi, đề kiểm tra

+ Dùng phiếu điều tra học sinh.

+ Khảo sát các đề thi tuyển sinh và các đề kiểm tra

- Phương pháp chuyên gia: - Tham khảo ý kiến các đồng nghiệp, chuyên

viên và các chuyên gia giàu kinh nghiệm

B - NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

I - NỘI DUNG LÝ THUYẾT

1- Định nghĩa: Phương trình phản ứng trao đổi có dạng tổng quát:

* Phải là muối của axit yếu còn axit kia phải là axit mạnh

2 Muối + Bazơ -> Muối mới + Bazơ mới

Ví dụ: Fe2(SO4)3 + 6NaOH -> 3Na2SO4 + 2Fe(OH)3

3 Muối + Muối -> Muối mới + Muối mới

Ví dụ: K2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 + 2KCl

2 - Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch.

- Các chất tham gia phản ứng phải tan trong nước (Trừ phản ứng muối vàaxit)

- Phản ứng tạo thành chất điện ly yếu:

* Phản ứng thủy phân của muối

+ Muối tạo bởi Bazơ mạnh và axit yếu tan trong nước thì gốc axit bịthủy phân tạo ra môi trường dung dịch kiềm PH > 7,0

+ Muối tạo bởi Bazơ yếu và axit yếu tan trong nước thì gốc các ionkhông bị thủy phân tạo ra môi trường dung dịch trung tính PH = 7,0

* Một số axit trung bình thường gặp: H2SO3, H3PO4,…

* Một số axit yếu thường gặp: H2S, H3CO3, CH3COOH, NH4+…các axit hữucơ…

* Một số Bazơ mạnh thường gặp tan trong nước tạo ra dung dịch kiềm:

NaOH, KOH, Ba(OH)2

* Một số Bazơ trung bình thường gặp: Mg(OH)2, Cu(OH)2…

* Một số Bazơ lưỡng tình thường gặp: Al(OH)3, Be(OH)2 Zn(OH)2,Pb(OH)2…

* Một số Bazơ yếu thường gặp: dung dịch NH3, dung dịch amin…

* H2SO4 loãng không đẩy được HCl ra khởi dung dịch muối clorua trái lại

Ví dụ: H2S + C uSO4 -> CuS + H2SO4 (vì CuS kết tủa)

* Người ta dùng H2SO4 đặc để đẩy axit yếu hoặc axit dễ bay hơi rakhởi dung dịch muối do H2SO4 bền không bay hơi (đây là phương pháp sunfat

dùng điều chế HCl, HF) nhưng tuyệt đối không dùng, HNO3 do HNO3 có tínhoxi hoá mạnh.

* Bazơ kiềm mạnh mới tác dụng được muối của bazơ yếu

Ví Dụ: KOH + F eSO4 -> K2SO4 + Fe(OH)2

Mg(OH)2 + NaOH -> 0/

b) Để xác định phản ứng trao đổi xảy ra hay không cần nắm vững tính tan:

- Các Chất ít tan (Kết tủa)

* Axit H2SiO3 (thực tế là SiO2H2O)

* Bazơ (hydroxit) hầu hết không tan trong nước trừ LiOH, KOH, NaOHBa(OH)2, Ca(OH)2, NH4OH

* Muối:

+ Tất cả các muối kim loại kiềm, muối amoni NH4+, muối axit đều tan

+ Muối Clorua hầu hết tan trừ: AgCl, PbCl, CuCl…

+ Muối Sunfat Hầu hết tan trừ: BaSO4, PbSO4, CaSO4, Ag2SO4…

+ Muối Nitrat, axetat đều tan

+ Muối cácbonat hầu hết không tan và ít tan trừ muối kim loại kiềm và muốiamoni

+ Muối sunfua (S2-) hầu hết không tan và ít tan trừ muối kim loại kiềm vàmuối amoni

Lưu ý: Các trường hợp chất ít tan trong nước ( hydroxit, muối của axit

yếu…) có thể tan trong axit mạnh Nhưng muối của axit mạnh như BaSO4,PbSO4, CaSO4, Ag2SO4 hoàn toàn không tan trong axit mạnh

- Một số muối không tồn tại trong dung dịch: Fe2(CO3)3, Al2(CO3)3, MgS…

II - PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÂU HỎI BÀI TÂP VỀ PHẢN

ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG DUNG DỊCH :

1 – Toán về phản ứng trao đổi kết hợp với phản ứng trung hoà:

** Khi cùng một lúc có phản ứng trung hoà và phản ứng trao đổi xảy ra thìphản ứng trung hoà luôn xảy ra trước khi hết axit hoặc bazơ thì mới đến phảnứng trao đổi

Ví dụ: Cho thêm dung dịch NaOH vào dung dịch chứa H2SO4 và CuSO4 thì

ta có thứ tự phản ưng sau:

2NaOH + H2SO4 -> Na2SO4 + H2O

2NaOH + CuSO4 -> Na2SO4 + Cu(OH)2

** Bài tập 1: Một hổn hợp A gồm Al, Al2O3, CuO cho tan hết trong 2lít dungdịch H2SO4 0,5M được dung dịch B và 6,72 lít H2(đktc) Để trung hoà dungdịch B bắt đầu có kết tủa với dung dịch NaOH 0,5M phải thêm vào dung dịch

B là 0,40 lít và để cho kết tủa bắt đầu không thay đổi nữa thì thể tích dungdịch NaOH 0,5M phải dung là 4,8 lít dung dịch thu được khi đó gọi là dungdịch C Tính % khối lượng các chất trong hổn hợp A

** Hướng dẩn giải: Gọi số mol của Al, Al2O3, CuO lần lượt a,b,c > 0

- Khi cho A c vào dung dịch H2SO4 ta có các phản ứng sau:

n H2 = 3a/2 = 6,72/22,4 = 0,3 mol => a = 0,2 mol (I)

Dung dịch B gồm: n Al2(SO4)3 = (a/2 + b), n CuSO4 = c mol và H2SO4 dư.Khi thêm NaOH vào dd B trước tiên NaOH trung hoà H2SO4 dư hết sau đómới phản ứng với 2 muối, như vậy 0,40 lít NaOH 0,5M được dùng để trunghoà H2SO4 dư 2NaOH + H2SO4 (dư) -> Na2SO4 + H2O (4)

nNaOH trung hoà axit H2SO4 (dư) = 0,5.0,4 = 0,2 mol => n H2SO4 (dư) = 0,1mol

Tống số mol H2SO4 ban đầu = 0,5 2 = 1 mol => n H2SO4 còn lại = 1- 0,1 =0,9 ,Vậy từ phản ứng (1), (,2), (3)ta có:

n H2SO4 = 3 0,2/2 + 3b + c = 0,9 mol => 3b + c = 0,6 mol (II)

- Sau phản trung hoà ta có 2 phản ứng trao đổi:

Al2(SO4)3 + 6NaOH -> 3Na2SO4 + 2Al(OH)3

Từ (II) và (III) => b = 0,1, c = 0,3 => n Al2O3 = 0,1 mol, nCuO = 0,3 mol.Thành phần % khối lượng các chất trong A:

mAl = 0,2.54 = 5,4(g), mAl2O3 = 0,1.102 = 10,2(g), mCuO = 0,3.80 = 24 (g) khối lượng hổn hợp A = 39,6 (g)

%Al = 5,4 100/39,6 = 13,64%, %Al2O3 = 10,2 100/39,6 = 25,75%, %CuO = 60,61%

2 – Toán về phản ứng trao đổi kết hợp với phản ứng trung hoà, biện luận

các trường hợp xảy ra.

** Bài tập 2: Cho 2 dung dịch A là: Al2(SO4)3, dung dịch B là: NaOH đềuchưa biết nông độ

- Thí nghiệm 1: (TN 1)Trộn 100ml dd A với 120ml dd B được kết tủa, lọc lấykết tủa đem nung ta thu được 2,04 (g) chất rắn

- Thí nghiệm 2: (TN2) Trộn 100ml dd A với 200ml dd B được kết tủa, lọc lấykết tủa đem nung ta thu được 2,04 (g) chất rắn

a) Chứng minh (TN1), Al(OH)3 chưa bị hoà tan xác định nồng độ mol/lit của

2 dd A và dd B

b) Phải thêm vào 100ml dd A v à bao nhiêu ml dd B để cho chất rắn thu đượcsau khi nung kết tủa có khối lượng là 1,36 (g).

** Hướng dẩn giải:

a) Ta lần lượt có 2 phản ứng:

Al2(SO4)3 + 6NaOH -> 3Na2SO4 + 2Al(OH)3 (1)

Sau phản ứng (1) dư NaOH ta có phản ứng:

NaOH + Al(OH)3 -> NaAlO2 + 3H2O (2)

Để biết trong (TN1) và (TN2) chỉ có phản ứng (1) hay có cả phản ứng (1)và (2)

Ta so sánh kết quả (TN1) và (TN2)

+ Trong (TN1) có cả phản ứng (2)

Trong (TN2) lượng Al2(SO4)3 như (TN1), lượng

NaOH dùng nhiều hơn, lượng Al(OH)3 tan trong phản ứng (2) lớn hơn, nênlượng Al(OH)3 còn lại phải nhỏ hơn (TN1)

Theo bài ra lượng chất rắn bằng nhau

Vậy (TN1): Al(OH)3 chưa tan trở lại

Gọi a là nồng độ dd A, b là nồng độ dd B

Trong (TN1): NaOH hết => Tính số mol NaOH = 0,12b

Theo (1) ta có n Al(OH)3 = 0,12b/3 = 0,04b nung lên

2Al(OH)3 -> Al2O3 + 3H2O

0,04b 0,02b => n Al2O3 = 0,02b = 2,04/ 102 => b = 1 MTrong (TN2): Sau phản ứng (1) phải còn dư NaOH vì nếu hết NaOH thìAl(OH)3

Chưa tan trở lại ta phải thu được khối lượng Al(OH)3 lớn hơn (TN1) trái vớiđầu bài Vậy trong (TN2) sau phản ứng (1) còn dư NaOH và có phản ứng (2)

nNaOH ban đầu = 0,2b = 0,20 mol

Al2(SO4)3 + 6NaOH -> 3Na2SO4 + 2Al(OH)3(1)

0,1a 0,6a

NaOH + Al(OH)3 -> NaAlO2 + 3H2O (2)

0,2 – 0,6a 0,2 – 0,6a

Vậy: n Al(OH)3 sau khi tan một phần còn lại = 0,2a – (0,2– 0,6a) =

(0,8a – 0,2)mol

Đem nung ta được nAl2O3 = (0,4a – 0,2)mol = 2,04/102 = 0,02

=> a = 0,3 M Al2(SO4)3

b) Thể tích dd B phải thêm vào 100ml dd A để có 1,36(g) Al2O3

nAl2O3 = 1,36/102 = 0,04/3 mol => n Al(OH)3 = 0,08/3 mol

Để có được n Al(OH)3 = 0,08/3 mol kết tủa có thể có 2 trường hợp

- Hết NaOH sau (1)Al(OH)3 chưa bị hoà tan

- Còn NaOH sau (1)Al(OH)3 bị hoà tan một phần

* Trường hợp Hết NaOH sau (1)Al(OH)3 chưa bị hoà tan

Theo (1) n NaOH = 0,08 3/3 = 0,08 mol => V dd NaOH 1M = 0,08/1 = 0,08lít

* Trường hợp Còn NaOH sau(1)Al(OH)3 bị hoà tan một phần có phản ứng (2).+ Trong phản ứng (1) n Al2(SO4)3 = 0,1 0,3 = 0,03 mol,

cho ra 0,06 mol Al(OH)3 kết tủa và cần 0,06 3 = 0,18 mol NaOH

+ Trong phản ứng (2) để còn lại 0,08 / 3 molAl(OH)3 chưa bị hoà tan thì:

n Al(OH)3 tan = 0,06 – 0,08/3 = 0,10/3 mol

Để hoà tan 0,10/3 mol Al(OH)3 cần 0,10/3 mol NaOH

Tính chung NaOH cho phản ứng (1) và (2) ta cần:

0,18 + 0,10/3 = 0,64/3 mol NaOH => Vdd NaOH1M = 0,64.1/3 = 0,213 lít

** Bài tập 3: Hoà tan 19,5 (g) FeCl3 và 27,36 (g) Al2(SO4)3 vào 200 (g) dd

H2SO4 9,8% được dd A sau đó hoà tiếp 77,6 (g) NaOH nguyên chất vào dd Athấy xuất hiện kết tủa B và được dd C lọc lấy kết tủa B

a) Nung B đến khối lượng không đổi Tính khối lượng chất rắn thu được.b) Thêm nước vào dd C để có được dd D có khối lượng là 400 (g) Tínhlượng nước cần thêm vào và nồng độ % các chất tan trong dd D

c) Cần thêm bao nhiêu ml dd HCl 2M vào dd D để được lượng kết tủa lớnnhất

** Hướng dẩn giải:

a) n FeCl3 = 19,5 / 162,5 = 0,12 mol, n Al2(SO4)3 = 27,36 / 342 = 0,08 mol.

n H2SO4 = 200 9,8/100 98 = 0,2 mol nNaOH = 77,6/40 = 1,94 mol.NaOH trung hoà H2SO4 sau đó có phản ứng trao đổi với FeCl3, Al2(SO4)3

lượng NaOH còn lại: 1,94 - 1,24 = 0,7 mol

Vậy có thêm phản ứng hoà tan A(OH)3 bởi NaOH còn dư

NaOH + Al(OH)3 -> NaAlO2 + 3H2O (4)

0,16 0,16 0,16

lượng Al(OH)3 hết nhưng NaOH vẩn còn dư là: 0,7 - 0,16 = 0,54 mol

Vậy kết tủa B chỉ có Fe(OH)3 khi nung ta được

2Fe(OH)3 -> Fe2O3 + 3H2O

0,12 0,06 => m Fe2O3 = 0,06 160 = 9,60(g)b) Khối lượng dung dịch C:

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

m dd C = m FeCl3 + m Al2(SO4)3 + m dd H2SO4 + m NaOH – m Fe(OH)3

m dd C = 19,5 + 27,36 + 200 + 77,6 - (0.12 107)

m dd C = 311,62 (g)

Vậy khối lượng nước thêm vào dung dịch C để dung dịch D có lượng: 400(g) 400(g) – 311,62(g) = 88,38(g) => nồng độ % các chất trong dung dịch D.Dung dịch D chứa: 0,44 mol Na2SO4; 0,36 mol NaCl; 0,16 mol NalO2 và 0,54 mol NaOH dư

C % Na2SO4 = 0,44 142 100/400 = 15,62 %

C % NaCl = 0,36 58,5 100/400 = 5,27 %

C % NaAlO2 = 0,16 82 100/400 = 3,28 %

C % NaOH = 0,54 40 100/400 = 5,40 %

c) Khi thêm HCl vào dung dịch D Trước tiên có phản ứng trung hoà sau đó

có phản ứng trao đổi tạo kết tủa kết tủa cực đại khi thêm HCl vừa đủ tạo kếttủa Al(OH)3 Nếu thêm HCl nữa thì Al(OH)3 lại tan tiếp

Ví dụ: Cho hổn hợp HCl, KCl phản ứng với dung dịch chứa hổn hợp AgNO3,Pb(NO3)2 Cl- + Ag+ -> AgCl

2Cl- + Pb2+ -> PbCl2

** Bài tập 4: Hoà tan 3 muối ZnCl2, CuCl2 và AgNO3 vào H2O thu được2,87(g) kết tủa và dung dịch X trong đó không có ion Ag+ Thêm vào dungdịch X, 0,7 lít dung dịch NaOH 1M, thu được 24,55(g) kết tủa Y và dung dịch

Z cho luồng khí CO2 dư tác dụng với dung dịch Z được kết tủa, đem kết tủanung đến khối lượng không đổi dược 4,05(g) chất rắn

a) Tính khối lượng 3 muối ZnCl2, CuCl2 và AgNO3

b) Tính thể tích tối thiểu dung dịch NaOH 1M phải thêm vào dung dịch X

để kết tủa sau khi nung chỉ gồm 1 chất Tính khối lượng chất đó

** Hướng dẩn giải:

a) Phản ứng trao giữa ZnCl2, CuCl2 và AgNO3 trên thực tế là phản ứng kết hợp

Cl- + Ag+ -> AgCl kết tủa

Cl- + Ag+ -> AgCl (Ag+ kết tủa hết)

=> n AgNO3 = n AgCl = c mol = 28,7/143,5 = 0,2 mol (I)

Dung dịch X chứa Zn2+ (a mol), Cu2+ (b mol), Cl-, NO3- và khi thêm 0,7 molNaOH, Zn2+ và Cu2+ đều kết tủa

Zn2+ + 2OH- -> Zn(OH)2

a 2a a

Cu2+ + 2OH- -> Cu(OH)2

b 2b b

Nếu thiếu NaOH thu được kết tủa và trong dung dịch Z còn chứa Zn2+ và Cu2+

thì khi thổi CO2 vào dd Z sẽ không có kết tủa Để có kết tủa với CO2 trong dd

Z phải chứa Na2ZnO2;

2CO2 + Na2ZnO2 + 2H2O -> Zn(OH)2 + 2NaHCO3

Vậy 2 hydroxxit đều kết tủa và sau đó 1 phần Zn(OH)2 tan trở laị tạo ra

Na2ZnO2

Zn(OH)2 + 2NaOH- -> Na2ZnO2 + 2H2O

0.05 0.1 0,05

Khi nung: Zn(OH)2 -> ZnO + H2O = > n ZnO = 4,05/81 = 0,05 mol

V ậy c ó 0,05 mol Zn(OH)2 đã tan trở lại

Kết tủa Y gồm b mol Cu(OH)2 và (a - 0,05) mol Zn(OH)2

=> m Y = 99.(a – 0,05) + 98.b = 24,55 (II)

NaOH một phần kết tủa hết 2 hidroxit = > n NaOH = nOH- = 2(a + b)

Phần NaOH còn lại hoà tan Zn(OH)2 là 0,10 mol

Vậy tổng số mol NaOH = 2(a + b) + 0,10 = 0,7 mol (III)

Từ (II) v à (III) => a = 0.10 mol, b = 0,20 mol

m ZnCl2, = 0,1 136 = 13,6(g)

m CuCl2, = 0,2 135 = 27,0(g)

m AgNO3 = 0,2 170 = 34,0(g)

b) Nếu thêm dd NaOH vào dd X tạo ra kết tủa chỉ có 1 chất thì chất đó chỉ làCu(OH)2 còn Zn(OH)2 đã tan trở lại hết.

- Để kết tủa hết 2 hidroxit cần: n NaOH = 2(a + b) = 0,6 mol

- Để hoà tan hết Zn(OH)2 cần: n NaOH = 2n Zn(OH)2 = 0.20 mol

Vậy tổng số mol NaOH = 0.6 + 0.2 = 0,8mol => V dd NaOH 1M = 0,8 lít.Sau khi nung: 0,2 mol Cu(OH)2 => 0,2 mol CuO => m CuO = 0,2 80 = 16(g)

** Bài tập 5: Cho 100 ml dung dịch: X chứa AgNO3 và Pb(NO3)2 tác dụngvới dd HCl dư tạo ra 14,17(g) kết tủa Cũng 100 ml dd: X khi tác dụng với

H2SO4 dư tạo ra 6,06 (g) kết tủa

a) Tính nồng độ mol/lit của AgNO3 và Pb(NO3)2 trong dd: X

b) 200 ml dd: X tác dụng vừa đủ 100 ml dd: Y chứa HCl và NaCl theo tỷ

lệ 3:1 Tính nồng độ mol/lít của HCl và NaCl trong dd: Y

** Hướng dẩn giải:

a) Gọi: n AgNO3 = a mol; n Pb(NO3)2 = b mol

- Với HCl, Ag+ v à Pb(NO3)2 cho k ết t ủa v ới Cl-

=> n Ag+ = 0.12mol; n Pb2+ = 0.04 mol

Để kết tủa hết n Ag+ = 0.12mol; n Pb2+ = 0.04 mol

cần số mol Cl- là: 0,12 + 2 0,04 = 0,20 mol => 4n NaCl = 0,20