Sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích trong giải bài tập hóa học

Môn Hóa học đối với hầu hết các học sinh, là một môn học nặng nề với những lý thuyết dài dòng, khó nhớ. Đặc biệt trong các kì thi tuyển sinh, các em luôn xem môn Hóa học là một môn “khó khăn” với các bài tập tính toán rườm rà, phức tạp và những câu lý thuyết không hề đơn giản như trong thuần túy sách giáo khoa đã học. Đứng trước một bài toán, học sinh có nhiều phương pháp để lựa chọn khi giải toán. Vấn đề đặt ra là học dinh nên sử dụng phương pháp nào để đảm bảo được các yếu tố: nhanh, chính xác và ngắn gọn. Trong nhiều năm giảng dạy ở trường phổ thông, tôi nhận thấy học sinh còn nhiều sai lầm và lúng túng khi lựa chọn các phương pháp. Với những lí do trên, tôi đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, tham khảo các tài liệu để xây dựng nên đề tài “Sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích trong giải bài tập Hóa học” nhằm giúp học sinh có thêm sự lựa chọn khi giải toán hóa học, biết cách áp dụng trong từng bài toán cụ thể, giúp học sinh tự tin trong việc giải toán, đảm bảo được yếu tố về nội dung và thời gian

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

I - LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay Bộ Giáo Dục và Đào Tạo tiến hành đổi mới toàn diện về giáo dục ở cáccấp học trong đó có cấp Trung Học Phổ Thông nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả đàotạo Công cuộc đổi mới này liên quan đến rất nhiều lĩnh vực như: đổi mới chương trình,đổi mới sách giáo khoa, đổi mới thiết bị dạy học, đổi mới phương pháp dạy và học, đổimới quan niệm và cách thức kiểm tra đánh giá…

Đặc trưng của hình thức thi trắc nghiệm là các em học sinh phải làm bài thật nhanhmới có thể đạt yêu cầu về mặt thời gian Một bài toán nếu giải theo cách thông thườngphải mất khoảng 15-20 phút Nhưng nếu biết cách giải nhanh thì chỉ cần từ 1,2-1,5 phút.Mặt khác, việc sử dụng các phương pháp giải nhanh còn thúc đẩy quá trình phát triểnnăng lực tư duy và rèn trí thông minh cho học sinh trong dạy học môn Hóa học ở trườngphổ thông

Môn Hóa học đối với hầu hết các học sinh, là một môn học nặng nề với những lýthuyết dài dòng, khó nhớ Đặc biệt trong các kì thi tuyển sinh, các em luôn xem môn Hóahọc là một môn “khó khăn” với các bài tập tính toán rườm rà, phức tạp và những câu lýthuyết không hề đơn giản như trong thuần túy sách giáo khoa đã học

Đứng trước một bài toán, học sinh có nhiều phương pháp để lựa chọn khi giải toán.Vấn đề đặt ra là học dinh nên sử dụng phương pháp nào để đảm bảo được các yếu tố:nhanh, chính xác và ngắn gọn Trong nhiều năm giảng dạy ở trường phổ thông, tôi nhậnthấy học sinh còn nhiều sai lầm và lúng túng khi lựa chọn các phương pháp

Với những lí do trên, tôi đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, tham khảo các tài liệu để

xây dựng nên đề tài “Sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích trong giải bài tập Hóa học” nhằm giúp học sinh có thêm sự lựa chọn khi giải toán hóa học, biết cách áp dụng

trong từng bài toán cụ thể, giúp học sinh tự tin trong việc giải toán, đảm bảo được yếu tố

về nội dung và thời gian

II - MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài này được xây dựng nhằm mục đích làm rõ bản chất phương pháp bảo toànđiện tích, phân loại các dạng bài tập Mặt khác, thông qua việc sử dụng phương pháp bảotoàn điện tích còn giúp học sinh phát triển được tính tích cực, khả năng tư duy sáng tạo vàvận dụng thành thạo trong giải toán hóa học

III - NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Khái quát hóa nội dung phương pháp: Bảo toàn điện tích

Phân loại và phương pháp giải của từng dạng toán

IV - ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: học sinh các lớp ………

Thời gian nghiên cứu: từ tháng 9/2019 đến tháng 10/2020

V - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu: kiểm tra, đánh giá và so sánh kết quả, được thực hiệntheo các bước sau:

- Xác định đối tượng

- Kiểm tra, đánh giá và tổng hợp kết quả thu được

VI - CẤU TRÚC CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Phần I Đặt vấn đề

Phần II Nội dung

Phần III Kết luận

Phần IV Kiến nghị và đề xuất

PHẦN II: NỘI DUNG

I Phương pháp bảo tồn điện tích

1 Nội dung phương pháp bảo tồn điện tích

- Cơ sở của phương pháp bảo tồn điện tích là định luật bảo tồn điện tích : Trong

một hệ cơ lập điện tích được bảo tồn.

Suy ra trong phân tử hợp chất ion hoặc dung dịch chất điện li, tổng giá trị điện tích dương bằng tổng giá trị điện tích âm.

- Hệ quả của định luật bảo tồn điện tích: nđiện tích của các ion dương nđiện tích của các ion âm

Theo hệ quả 1 của định luật bảo tồn điện tích, ta cĩ:

Trong phản ứng trao đổi: Tổng giá trị điện tích dương  số mol ion dương phản ứng

= Tổng giá trị điện tích âm  số mol ion âm phản ứng.

Ví dụ: Cho từ từ V lít dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch chứa Na2CO3 1M vàKHCO3 0,5M đến khi không còn khí thoát ra thì dừng lại Tính V.

Theo giả thiết, ta có:

Áp dụng hệ quả 2 của định luật bảo toàn điện tích, ta có:

Khi thay thế ion này bằng ion khác: Số mol ion ban đầu  giá trị điện tích của nó =

Số mol ion thay thế  giá trị điện tích của nó

Ví dụ : Cho 0,075 mol Fe2O3 phản ứng hoàn toàn với 150 ml dung dịch HCl aM Tính a.

Theo bảo toàn nguyên tố O, ta có: nO2  3nFe O2 3 3.0,075 0,225 mol.

Fe2O3 phản ứng với HCl tạo ra FeCl3 Như vậy, ion O2

trong Fe2O3 đã được thay thếbằng ion Cl

nên 1.nCl  2.nO 2  2.0,225 0,45 mol. Suy ra: nHCl nCl 0,45 mol [HCl] 0,45:0,15 3M 

Phương pháp bảo toàn điện tích là phương pháp giải bài tập hóa học sử dụng các hệ quả của định luật bảo toàn điện tích.

2 Ưu điểm của phương pháp bảo toàn điện tích

a Xét các hướng giải bài tập sau:

dịch Ba(HCO3)2 thu được kết tủa X và dung dịch Y Thêm từ từ dung dịch HCl 0,5M vào

bình đến khi không còn khí thoát ra thì hết 560 ml Biết toàn bộ Y phản ứng vừa đủ với

200 ml dung dịch NaOH 1M Khối lượng kết tủa X là

A 3,94 gam B 7,88 gam C 11,28 gam D 9,85 gam.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012)

Hướng dẫn giải

● Cách 1 : Phương pháp thông thường – Tính toán theo phương trình phản ứng

n n x mol; n y mol n  x mol; n  (x 2y) mol.

Theo giả thiết : nH nHCl0,5.0,56 0,28 mol; n OH nNaOH 0,2.1 0,2 mol.

Kết tủa X là BaCO3, dung dịch Y chứa các ion K+, Na+, HCO3 

, ngoài ra còn có thể có

Ba2+ hoặc CO32

Phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp NaHCO3 và K2CO3 vào bình chứa Ba(HCO3)2:

2H+ + BaCO3  Ba2+ + H2O + CO2 (4)

Phản ứng xảy ra khi cho NaOH vào dung dịch Y:

Từ (*) và (**) suy ra : x = 0,04; y = 0,08

Do nBa(HCO ) 3 2 nK CO 2 3  nBaCO 3 nK CO 2 3 0,04 mol mBaCO 3 0,04.197 7,88 gam

● Cách 2 : Phương pháp bảo toàn điện tích (vẫn sử dụng cách gọi số mol như trên):

K , NaHCO

* Hướng 1: Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng

Theo sơ đồ phản ứng ta thấy : Sau khi cho HCl phản ứng vừa hết với các chất trongbình thì dung dịch thu được chứa các ion K+, Na+, Ba2+ và Cl 

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng, ta có:

K Na Ba2 Cl

n  n  2 n  n   3x 2y 0,28 (*) 

* Hướng 2: Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng

Bản chất của phản ứng giữa các cặp ion trái dấu là tạo ra những chất kết tủa, bay hơi, điện li yếu trung hòa về điện Phản ứng của HCl với các chất ở trong bình là phản

ứng của H+ với các ion CO32

(nằm trong kết tủa và có thể cả trong dung dịch) và HCO3 

trong dung dịch nên ta có :

tạo ra CO32

Với cách 1: Viết nhiều phản ứng (mặc dù đã sử dụng phản ứng ở dạng ion rút gọn –

phản ứng thể hiện rõ nét nhất bản chất phản ứng), mối liên quan về số mol các chất đượctính toán dựa trên phản ứng Tuy dễ hiểu nhưng phải trình bày dài dòng, mất nhiều thờigian, chỉ phù hợp với hình thức thi tự luận trước đây

Với cách 2: Mối liên quan về số mol các chất được tính toán trực tiếp dựa vào sự bảotoàn điện tích nên không phải viết phương trình phản ứng

Ở cách 1, (*) được thiết lập dựa vào phản ứng ion rút gọn Ở cách 2, (*) được thiết lập

dựa vào bảo toàn điện tích Từ đó suy ra: Sử dụng phương trình ion rút gọn là đã gián

tiếp sử dụng bảo toàn điện tích.

c Kết luận:

So sánh 2 cách giải ở trên, ta thấy: Phương pháp bảo toàn điện tích có ưu điểm là

trong quá trình làm bài tập thay vì phải viết phương trình phản ứng, học sinh chỉ cần lập

sơ đồ phản ứng, tính toán đơn giản dựa vào sự bảo toàn điện tích và cho kết quả nhanh Như vậy: Nếu sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích một cách hiệu quả thì có thể tăng đáng kể tốc độ làm bài so với việc sử dụng phương pháp thông thường là viết phương trình phản ứng ở dạng phân tử hoặc bản chất hơn là viết phương trình ion rút gọn

3 Phạm vi áp dụng:

Phương pháp bảo tồn điện tích cĩ thể giải quyết được nhiều dạng bài tập liên quan

đến phản ứng trong hĩa vơ cơ, cĩ thể là phản ứng oxi hĩa – khử hoặc phản ứng khơng oxi – hĩa khử.

Một số dạng bài tập thường dùng bảo tồn điện tích là:

+ Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện ly.

+ Khí CO2 tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ.

+ Cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion CO32

hoặc chứa đồng thời các ion CO32 và HCO3 

+ Dung dịch axit tác dụng với dung dịch chứa ion [ (Al OH) ]4 

+ Phản ứng của kim loại, oxit, muối, với dung dịch axit cĩ tính oxi hĩa hoặc khơng cĩ tính oxi hĩa.

Để sử dụng thành thạo bảo tồn điện tích trong phản ứng, cần phải hiểu được bản

chất của phản ứng Dưới đây là bảng tổng kết các phản ứng trao đổi ion thường gặp vàbiểu thức bảo tồn điện tích trong phản ứng

Phản ứng trao đổi

(khơng cần quan tâm đến hệ số cân bằng)

Bảo tồn điện tích trong phản ứng

Ba2+ + CO32

 BaCO3 (Cĩ thể thay ion Ba2+ bằng Ca2+, Mg2+; thay ion

2 3

(Cĩ thể thay ion Ag+ bằng ion Ca2+, Mg2+, Ba2+)

+ H+  CO2 + H2O nHCO 3  nH 

4 Bảng tính nhanh số mol điện tích của ion

Từ ví dụ ở trên ta thấy: Cĩ thể tính nhanh số mol điện tích ion như sau:

số mol điện tích của ion số mol ion giá trị điện tích của nó

Bảng tính nhanh số mol điện tích của ion trong hợp chất ion, trong dung dịch chất

điện li Chất Số mol ion Số mol điện tích

của ion dương

Số mol điện tích của ion âm

n 

Đối với các chất khác ta tính tương tự.

II Phân dạng bài tập và các ví dụ minh họa

Phương pháp bảo toàn điện tích thường sử dụng để tính toán lượng chất trong phản

ứng trao đổi ion hoặc phản ứng oxi hóa – khử ở trong các bài tập hóa vô cơ.

Phương pháp giải

- Bước 1: Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn quá trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy

rõ bản chất hóa học của bài toán

- Bước 2: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập : Khi gặp một trong các dạng

bài tập sau đây thì ta nên sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích : (1) Đề bài cho dung dịch chứa các chất phản ứng ở dạng ion; (2) phản ứng của CO2 với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ (NaOH, Ba(OH)2, ); (3) cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion

2

3 

CO hoặc chứa đồng thời các ion 2

3 

CO và HCO3 ; (4) phản ứng của dung dịch axit

với dung dịch chứa ion [ (Al OH) ]4  hoặc chứa đồng thời các ion OH  và [ (Al OH) ]4  ;

(5) phản ứng của dung dịch HCl, H2SO4 loãng hoặc dung dịch HNO3 với hỗn hợp kim loại và oxit kim loại.

- Bước 3: Xác định giữa lượng chất cần tính và lượng chất đề cho có mối liên quan

với nhau bởi những ion nào Từ đó xác định xem áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch hay bảo toàn điện tích trong phản ứng thì có lợi về mặt tính toán hơn.

- Bước 4: Thiết lập phương trình: Tổng số mol điện tích của ion dương bằng tổng số mol số mol điện tích của ion âm Ngoài ra, kết hợp với các giả thiết khác để lập các

phương trình toán học có liên quan Từ đó suy ra lượng chất cần tính

bỏ kết tủa, thu được dung dịch Y Cô cạn Y, thu được m gam chất rắn khan Giá trị của mlà

● Bước 2: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập:

Đề bài cho dung dịch chứa các chất phản ứng ở dạng ion, đây là dấu hiệu (1), chứng

tỏ bài tập này sẽ sử dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch Mặt khác, dung dịch X có

phản ứng trao đổi ion với Ba(OH)2 tạo ra kết tủa BaSO4 và khí NH3, chứng tỏ sẽ sử dụng

bảo toàn điện tích trong phản ứng

● Bước 3: Xác định giữa lượng chất cần tính và lượng chất đề cho có mối liên quan với

nhau bởi những ion nào Từ đó xác định xem áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch hay bảo toàn điện tích trong phản ứng thì có lợi về mặt tính toán hơn.

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch X để tính số mol ion SO42

Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của các cặp ion Ba2+ và SO42

; NH4 và OH

để tính số molcủa các ion Ba2+, SO42

, NH4+, OH

đã phản ứng Từ đó xác định xem trong dung dịch Y

có những ion nào, số mol là bao nhiêu, để tính khối lượng chất rắn sau khi cô cạn dungdịch Y

● Bước 4: Thiết lập phương trình: Tổng số mol điện tích của ion dương bằng tổng số mol số mol điện tích của ion âm Ngoài ra, kết hợp với các giả thiết khác để lập các

phương trình toán học có liên quan Từ đó suy ra lượng chất cần tính

Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch X, ta có:

Ví dụ 2: Dung dịch X chứa a mol Na+; b mol HCO 3 

; c mol CO23 

và d mol SO24 

Để tạokết tủa lớn nhất người ta phải dùng 100 ml dung dịch Ba(OH)2 x mol/l Biểu thức tính xtheo a và b là

A

a bx

Na , HCO

CO , SO

NaOH

có trong dung dịch X, ion CO32

có sẵn trong X và mới sinh ra.Dung dịch sau phản ứng chỉ còn Na+ và OH 

Ba2+ + CO32

 BaCO3 (2)mol: (b + c)  (b + c)

Ba2+ + SO42

 BaSO4 (2)

mol: d  d

Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch X, ta có: a = b +2c + 2d (*)

Theo (1), (2) và giả thiết suy ra: 2

nhau Cho hỗn hợp X vào H2O (dư), đun nóng, dung dịch thu được chứa

C NaCl, NaHCO3, NH4Cl, BaCl2 D NaCl

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2007)

Hướng dẫn giải

Với bài tập này, phương pháp giải thông thường là sử dụng phương trình ion rút gọn.Nhưng nếu sử dụng bảo toàn điện tích thì hiệu quả sẽ cao hơn nhiều

Chọn số mol của mỗi chất là 1 mol Cho X phản ứng với H2O thì dung dịch sau phảnứng chắc chắn có Na+, Cl

và có thể có các ion khác Tuy nhiên:

Do đó dung dịch sau phản ứng chỉ có NaCl do ion Na+ và Cl

đã trung hòa điện tích

Ở ví dụ 2 và 3, rõ ràng sử dụng bảo toàn điện tích tỏ ra hiệu quả hơn hẳn so với sử dụng phương trình ion rút gọn Tuy nhiên, đối với những bài tập mà phản ứng xảy ra phức tạp như ví dụ 4 dưới đây, thì ta nên sử dụng kết hợp cả hai phương pháp trên.

và Cl , trong đó số mol của ion

Cl

là 0,1 Cho 1/2 dung dịch X phản ứng với dung dịch NaOH (dư), thu được 2 gam kếttủa Cho 1/2 dung dịch X còn lại phản ứng với dung dịch Ca(OH)2 (dư), thu được 3 gamkết tủa Mặt khác, nếu đun sôi đến cạn dung dịch X thì thu được m gam chất rắn khan.Giá trị của m là

Khi cho dung dịch NaOH dư phản ứng với X (TN1), thu được lượng kết tủa nhỏ hơn

so với khi cho dung dịch Ca(OH)2 dư phản ứng với X (TN2), chứng tỏ lượng Ca2+ có sẵntrong X không đủ để phản ứng với CO32

sinh ra Như vậy, ở TN1 CO32

dư, Ca2+ phảnứng hết, ở TN2 CO32

phản ứng hết Ta có:

0,016 mol Al2(SO4)3 và 0,04 mol H2SO4 thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

mol: 0,072  0,024  0,024

3OH

+ Al3+  Al(OH)3 (3)mol: 0,096  0,032  0,032

Vậy sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được kết tủa gồm 0,024 mol Fe(OH)3

và 0,02 mol Al(OH)3 Khối lượng kết tủa là:

Fe(OH) Al(OH) 0,024.107 0,02.78

m m m 4,128 gam

     

● Cách 2 : Sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích

Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng, ta có:

     

thoát ra 5,6 lít H2 (đktc) Tính thể tích dung dịch NaOH 1M cần cho vào dung dịch X đểthu được kết tủa có khối lượng lớn nhất?

Hướng dẫn giải

Ở bài này cũng có hai cách giải là sử dụng phương trình ion rút gọn và bảo toàn điệntích Dưới đây là cách giải tối ưu hơn – sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích.

Trong dung dịch axit, ta có:

nhau thì được dung dịch X Trộn 300 ml dung dịch X với 200 ml dung dịch Ba(OH)20,25M thu được m gam kết tủa và dung dịch Y có pH = x Giá trị của x và m lần lượt là

0,1 0,15

● Bây giờ ta sẽ vận dụng kết quả này để giải bài tập ở các ví dụ 8, 9:

Ví dụ 8: Cho từ từ từng giọt của dung dịch chứa b mol HCl vào dung dịch chứa a mol

Na2CO3 (TN1), thu được V lít CO2 Ngược lại, cho từ từ từng giọt của dung dịch chứa amol Na2CO3 vào dung dịch chứa b mol HCl (TN2) thu được 2V lít CO2 Mối liên hệ giữa

a và b là

A a = 0,8b B a = 0,35b C a = 0,75b D a = 0,5b.

(Đề thi thử lần 1 – THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2010 – 2011)

H+ + HCO3 

 CO2 + H2O (2)mol: (b – a)  (b – a)  (b – a)

Ở TN2 : Khi cho từ từ dung dịch Na2CO3 và dung dịch HCl sẽ có khí CO2 giải phóngngay, do lượng HCl trong dung dịch dư hơn nhiều so với lượng Na2CO3 cho vào:

2H+ + CO32

 CO2 + H2O (3)mol: b  0,5b  0,5b

NaHCO3 thì thu được 5,6 lít khí (đktc) và dung dịch Y Cho dung dịch Y tác dụng vớidung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 19,7 gam kết tủa Nồng độ mol của Na2CO3 vàNaHCO3 trong dung dịch X lần lượt là

Áp dụng bảo toàn nguyên tố C, ta có:

● Xét bài toán sau: Hấp thụ hoàn toàn khí CO2 vào dung dịch chứa đồng thời NaOH,

Ba(OH)2 Biết 2

OH CO

đã được thay thế bởi các ion CO32

Mở rộng ra, đối với phản ứng của SO2 với dung dịch kiềm, tạo ra cả muối axit và

muối trung hòa, ta cũng có: nOH  nSO 2 nSO32

● Bây giờ ta sẽ vận dụng kết quả này để giải bài tập ở các ví dụ 10, 11:

NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa Giá trị của m là

nên phản ứng tạo ra cả muối axit HCO3 

và muối trung hòa CO32

Phương trình phản ứng:

CO2 + 2OH

 CO32

(1)mol: x  2x  x

CO2 + OH

 HCO3 

(2) mol: y  y  y

● Cách 2 : Sử dụng bảo toàn điện tích

Theo giả thiết, ta có:

nên phản ứng tạo ra cả muối axit HCO3 

và muối trung hòa CO32

Vận dụng kết quả trên, ta có:

n n  0,05 m 0,05.197 9,85 gam

0,5M và NaOH 1,0M Tính V để kết tủa thu được là cực đại?

thì nCO 2  tạo thành 0,1 mol

và lượng kết tủa đạt cực đại

● Xét phản ứng của dung dịch axit với dung dịch chứa ion [Al(OH) ]4 

, ta cĩ kết quảsau:

3 4

● Bây giờ ta sẽ sử dụng kết quả trên để giải bài tập này ở các ví dụ 12, 13:

dung dịch HNO3 thu được 0,78 gam kết tủa Số mol HNO3 tối đa cần dùng là

Ba[Al(OH) ]

NaOH

NaNOBa(NO ) Al(OH)Al(NO )

Hướng (1): H+ trung hòa hết OH

, sau đó chuyển [Al(OH) ]4 

thành 0,01 mol Al(OH)3.Trường hợp này lượng H+ phản ứng ít nhất

Hướng (2): H+ trung hòa hết OH

và chuyển hết [Al(OH) ]4 

trong dung dịch thànhAl(OH)3, sau đó hòa tan bớt Al(OH)3 để cuối cùng còn 0,01 mol Al(OH)3 Trường hợpnày H+ phản ứng là nhiều nhất Theo yêu cầu của bài, ta tính toán lượng H+ theo hướng(2)

● Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn

H+ + OH

mol: 0,02  0,02

H+ + [Al(OH) ]4 

 Al(OH)3 + H2O (2)mol: 0,04  0,04  0,04

3H+ + Al(OH)3  Al3+ + 3H2O (3)

mol: 0,09  0,03

Theo giả thiết và các phản ứng (1), (2), (3), ta có: nHNO 3 nH 0,15 mol

Cách 2: Sử dụng bảo toàn điện tích

Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của H+ với dung dịch chứa OH

4

0,02

HNO H

Al(OH)

0,01 0,04

về khối lượng) tan hết vào nước thu được dung dịch Y và 13,44 lít H2 (đktc) Cho 3,2 lítdung dịch HCl 0,75M vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

Hướng dẫn giải

Khi cho hỗn hợp X vào nước xảy sẽ ra các phản ứng : K, Na, Ba tác dụng với nước

giải phóng H2 và tạo thành dung dịch kiềm (1), Al2O3 tan hết trong kiềm tạo thành

OH trong HOH H trong HOH

Trong phản ứng của Al2O3 với OH , ta có:

Al2O3 + 2OH + 3H2O  2[Al(OH) ]4 

mol: 0,35  0,7  0,7

Suy ra : Trong dung dịch Y có 0,7 mol [Al(OH) ]4 

và (1,2 – 0,7) = 0,5 mol OH Khi cho 2,4 mol H+ vào dung dịch Y, sẽ xảy ra phản ứng trung hòa ion OH và phảnứng với ion [Al(OH) ]4 

Ví dụ 14: Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu và Al ở dạng bột tác dụng

hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm các oxit có khối lượng 3,33 gam Thể tíchdung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y là

M    M O    MCl

Áp dụng bảo toàn khối lượng, ta có:

2 2

Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của HCl với O2 trong oxit, ta có:

● Cách 2: Áp dụng bảo toàn điện tích trong phân tử oxit và muối

Áp dụng bảo toàn khối lượng, ta có:

2 2

axit H2SO4 loãng (dư), thu được 2,24 lít khí (đktc) và dung dịch Y Cho lượng dư dungdịch NaOH vào dung dịch Y, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam kết tủa.Giá trị nhỏ nhất của m là

3

m gam Y

HFe

1 Tính khối lượng kết tủa bằng cách tính số mol của Fe(OH)2, Fe(OH)3 Với hướng tưduy này ta sử dụng bảo toàn nguyên tố Fe.

2 Tính khối lượng kết tủa bằng cách tính khối lượng của các ion Fe2+, Fe3+ và khốilượng của nhóm OH

Với hướng tư duy này ta sử dụng bảo toàn điện tích để tính mol

, nếu biết mol SO42

sẽ biết được mol OH

Theo bảo toàn nguyên tố O, ta có:

Trong phản ứng của dung dịch Y với NaOH, ion SO42

đã được thay thế bằng ion

OH

Theo bảo toàn điện tích, ta có:

1,4.17 (0,2 0,2.2)56 0,7



   

HCl 2M, thu được dung dịch Y có tỉ lệ số mol Fe2+ và Fe3+ là 1 : 2 Chia Y thành hai phầnbằng nhau Cô cạn phần một thu được m1 gam muối khan Sục khí clo (dư) vào phần hai,

cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m2 gam muối khan Biết m2 – m1 = 0,71 Thể tíchdung dịch HCl đã dùng là

A 160 ml B 80 ml C 240 ml D 320 ml

(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2009)

Hướng dẫn giải

Sơ đồ phản ứng:

m gam

FeClFeCl

3

Fe

Fe Fe

Fe Cl

● Xét bài tập sau: Cho hỗn hợp kim loại và oxit kim loại phản ứng với dung dịch HNO3,

tạo sản phẩm khử duy nhất là NO Tính số mol HNO3 tham gia phản ứng.

NO electron trao đổi

3n n

n  n  n  n  4n

    

Vậy số mol HNO3 cần dùng là: nHNO 3 nH 2nO2 4nNO

● Bây giờ ta sẽ vận dụng kết quả trên vào bài tập ở ví dụ 17 :

chiếm 18,367% về khối lượng) tác dụng vừa đủ với 850 ml dung dịch HNO3 nồng độ amol/l, thu được 0,2 mol NO (sản phẩm khử duy nhất của N+5) Giá trị của a là

thu được gồm dung dịch X và một chất khí thốt ra Dung dịch X cĩ thể hịa tan tối đa mgam Cu Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 đều là NO Giá trịcủa m là

Áp dụng bảo tồn electron, ta cĩ:

FeS 2 NO phản ứng3 NO phản ứng3

Tỉ lệ mol 3

H

3 NO

n

4 NO dưn

mol axit phản ứng và cịn lại 0,256a gam chất rắn khơng tan Mặt khác, khử hồn tồn agam hỗn hợp A bằng H2 dư thu được 42 gam chất rắn Tính % khối lượng Cu trong hỗnhợp A?

A 25,6% B 50% C 44,8% D 32%.

Hướng dẫn giải

Bản chất phản ứng của A dung dịch HCl dư (1) là : H+ (1 mol) tác dụng với O2

trongcác oxit Fe2O3, Fe3O4 để tạo ra muối Fe(II), Fe(III) và H2O; Cu phản ứng với muối Fe(III)tạo thành muối Cu(II) và Fe(II) Như vậy, dung dịch thu được sau phản ứng chỉ có muốiCuCl2 và FeCl2, 0,256a gam chất rắn còn lại là Cu dư

Khi khử hoàn toàn A bằng H2, sẽ thu được hỗn hợp kim loại là Cu, Fe Vậy 42 gamchất rắn là khối lượng của Fe và Cu

Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của các oxit sắt với HCl, ta có:

H O trong X2 O trong X2

n  2 n   n  0,5 mol

   

Theo bảo toàn khối lượng, ta có:

O trong X

42 0,5.16

a m  m 50 gam m 0,256a 12,8 gam

     Theo bảo toàn điện tích trong dung dịch muối clorua, ta có:

1 Bài tập có lời giải

Câu 1: Một dung dịch X gồm 0,01 mol Na+; 0,02 mol Ca2+; 0,02 mol HCO3 

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2012)

Câu 2: Một dung dịch chứa 0,02 mol Cu2+, 0,03 mol K+, x mol Cl

và y mol SO42

Tổngkhối lượng các muối tan có trong dung dịch là 5,435 gam Giá trị của x và y lần lượt là

A 0,01 và 0,03 B 0,02 và 0,05 C 0,05 và 0,01 D 0,03 và 0,02 Câu 3: Trộn 3 dung dịch HCl 0,3M; H2SO4 0,2M và H3PO4 0,1M với những thể tích bằng

nhau thu được dung dịch X Dung dịch Y gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M Để trunghòa 300 ml dung dịch X cần vừa đủ V ml dung dịch Y Giá trị của V là

A 600 B 1000 C 333,3 D 200.

Câu 4: Hòa tan hoàn toàn x mol Fe vào dung dịch chứa y mol FeCl3 và z mol HCl, thuđược dung dịch chỉ chứa một chất tan duy nhất Biểu thức liên hệ giữa x, y và z là

A x = y – 2z B 2x = y + z C 2x = y + 2z D y = 2x.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2013)

Câu 5: Dung dịch X chứa 0,025 mol CO32

; 0,01 mol Na+; 0,25 mol NH4 và 0,3 mol Cl

.Cho 270 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M vào dung dịch X và đun nhẹ (giả sử nước bay hơikhông đáng kể) Tổng khối lượng dung dịch X và dung dịch Ba(OH)2 giảm sau quá trìnhphản ứng là

(Đề thi thử lần 2 – THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2011 – 2012)

Câu 6: Dung dịch X chứa các ion: CO32

, SO32

, SO42

, 0,1 mol HCO3 

và 0,3 mol Na+.Thêm V lít dung dịch Ba(OH)2 1M vào X thì thu được lượng kết tủa lớn nhất Giá trị nhỏnhất của V là

dịch X tác dụng với dung dịch NH3 dư thì được 7,8 gam kết tủa Cô cạn 500 ml dung dịch

X được 37,3 gam hỗn hợp muối khan Nồng độ mol/l của NO3 

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2010)

Câu 9: Dung dịch X chứa 0,15 mol Fe3+; x mol Al3+; 0,25 mol SO42

20,8 gam BaCl2 Cho hỗn hợp X vào nước dư, đun nóng Sau khi kết thúc các phản ứngthu được dung dịch Y chứa m gam chất tan Giá trị m là

(Đề thi thử Đại học lần 4 – THPT Chuyên KHTN, năm học 2011 – 2012)

Câu 11: Hấp thụ hoàn toàn 13,44 lít CO2 (đktc) bằng 500 ml dung dịch NaOH aM, thu

được dung dịch X Cho từ từ 200 ml dung dịch HCl 1M vào X, thu được 1,12 lít khí(đktc) và dung dịch Y Giá trị của a là

A 1,5M B 1,2M C 2,0M D 1,0M.

Câu 12: Đốt cháy hoàn toàn m gam FeS2 bằng một lượng O2 vừa đủ thu được khí X Hấp

thụ hết X vào 1 lít dung dịch chứa Ba(OH)2 0,2M và KOH 0,2M thu được dung dịch Y và32,55 gam kết tủa Cho dung dịch NaOH vào dung dịch Y lại thấy xuất hiện thêm kết tủa.Giá trị của m là