PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH Nguyên tắc: Tổng điện tích dương luôn luôn bằng tổng điện tích âm, vì thế dung dịch luôn luôn trung hòa về điện. S + = S - VD1: Một dd chứa a mol K+, b mol Fe3+, c mol Cl-, d mol SO42-. Biểu thức liên hệ giữa các đại lượng trên là: A) 2a + b = 2c + d B) a + 3b = c + 2d C) 3a + b = 2c + d D) a + 2b = c + 2d Giải: S n đt + = a + 3b và S n đt – = c + 2d VD2: Kết quả xác định nồng độ mlo/l của các ion trong dd như sau: Na+ (0, 05) ; Ca2+ (0, 01) ; NO3- (0, 04) ; HCO3- (0, 025). Hỏi kết quả trên đúng hay sai, tại sao? Giải: Theo ĐLBTĐT S + = 0, 05 + 0, 02 = 0, 07 S - = 0, 04 + 0, 025 = 0, 065 Và kết quả phân tích trên là sai. VD 3: Cô cạn dung dịch có chứa 0, 2 mol Mg2+; 0, 1 mol Al3+, và ion NO3- thì thu được bao nhiêu gam muối khan là: A. 55, 3 gam B. 59, 5 gam C. 50, 9 gam D. 0, 59 gam Giải: Theo ĐLBT điện tích: 0.2 *2 + 0.1 *3 = n NO3-= 0, 7 mol À m muối = 24*0, 2 + 27*0, 1 + 0, 7*62= 50, 9 gam và chọn C VD4: Một dung dịch có chứa 2 Cation là Fe2+ (0, 1 mol) và Al3+ (0, 2 mol) và 2 Anion là Cl- (x mol) và SO42- (y mol). Khi cô cạn dung dịch thu được 46, 9 gam chất rắn khan. ( Biết Fe = 56, Al = 27, Cl = 35, 5; S = 32, O = 16). Giá trị x, y trong câu trên lần lượt là: A) 0, 1 ; 0, 2 B) 0, 2 ; 0, 3 C) 0, 3: 0, 1 D) 0, 3: 0, 2 Giải: Theo ĐLBTĐT: 2.0, 1 + 3.0, 2 = x + 2y ĐLBTKL: M muối = S m cation KL + S m anion gốc axit = 56.0, 1 + 27.0, 2 +35, 5. X + 96. Y = 46, 9 Và x = 0, 2 ; y = 0, 3 => B I. Cơ Sở Của Phương Pháp 1. Cơ sở: Nguyên tử, phân tử, dung dịch luôn trung hòa về điện - Trong nguyên tử: Số proton = số electron - Trong dung dịch: Tổng số mol x điện tích ion = Tổng số mol x điện tích ion âm 2. Áp dụng và một số chú ý a) khối lượng muối (trong dung dịch) = tổng khối lượng các ion âm b) Quá trình áp dụng định luật bảo toàn điện tích thường kết hợp: - Các phương pháp bảo toàn khác: Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố - Viết phương trình hóa học ở đạng ion thu gọn II. CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP Dạng 1: Áp dụng đơn thuần định luật bảo toàn điện tích Ví Dụ 1: Một dung dịch có chứa 4 ion với thành phần: 0, 01 mol Na+, 0, 02mol Mg2+, 0, 015 mol SO42-, x mol Cl-. Giá trị của x là: A. 0, 015. C. 0, 02. B. 0, 035. D. 0, 01. Hướng dẫn: Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 0, 01x1 + 0, 02x2 = 0, 015x2 + Xx1 → x = 0, 02 → Đáp án Dạng 2: Kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng Ví Dụ 2: Dung dịch A chứa hai cation là Fe2+: 0, 1 mol và Al3+: 0, 2 mol và hai anion là Cl-: X mol và SO42-: Y mol. Đem cô cạn dung dịch A thu được 46, 9 gam hỗn hợp muối khan. Giá trị của x và y lần lượt là: A. 0, 6 và 0, 1 C. 0, 5 và 0, 15 B. 0, 3 và 0, 2 D. 0, 2 và 0, 3 Hướng dẫn: - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 0, 1x2 + 0, 2x3 = Xx1 + y x 2 → X + 2y = 0, 8 (*) - Khi cô cạn dung dịch, khối lượng muối = tổng khối lượng các ion tạo muối 0, 1x56 + 0, 2x27 + Xx35, 5 + Yx 96 = 46, 9 → 35, 5X + 96Y = 35, 9 (**) Từ (*) và (**) →X = 0, 2 ; Y = 0, 3 → Đáp án D Ví dụ 3: Chia hỗn hợp X gồm 2 kim loại có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau. Phấn 1: Hòa tan haonf toàn bằng dung dịch HCl dư thu được 1, 792 lít H2 (đktc). Phần 2: Nung trong không khí dư, thu được 2, 84 gam hỗn hợp rắn chỉ gồm các oxit. Khối lượng hỗn hợp X là: A. 1, 56 gam. C. 2, 4 gam. B. 1, 8 gam. D. 3, 12 gam. Hướng dẫn: Nhận xét: Tổng số mol x điện tích ion dương (của 2 kim loại) trong 2 phần là Bằng nhau => Tổng số mol x điện tích ion âm trong 2 phần cũng bằng nhau. O2 ↔ 2 Cl- Mặt khác: NCl- = nH+ = 2nH2 = 1, 792/ 22, 4 = 0, 08 (mol) Suy ra: NO (trong oxit) = 0, 04 (mol) Suy ra: Trong một phần: MKim Loại - m oxi = 2, 84 - 0, 08.16 = 1, 56 gam Khối lượng hỗn hợp X = 2.1, 56 = 3, 12 gam Dạng 3: Kết hợp với bảo toàn nguyên tố Ví Dụ 4: Cho hỗn hợp X gồm x mol FeS2 và 0, 045 mol Cu2S tác dụng vừa đủ với HNO3 loãng, đun nóng thu được dung dịch chỉ chứa muối sunfat của các kim loại Và giải phóng khí NO duy nhất, Giá trị của x là A. 0, 045. B. 0, 09. C. 0, 135. D. 0, 18. Hướng dẫn: - Áp dụng bảo toàn nguyên tố: Fe3+: X mol ; Cu2+: 0, 09 ; SO42- :(x + 0, 045) mol - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích (trong dung dịch chỉ chứa muối sunfat) Ta có: 3x + 2.0, 09 = 2 (x + 0, 045) Ví Dụ 5: Dụng dịch X có chứa 5 ion: Mg2+, Ba2+, Ca2+, 0, 1 mol Cl- và 0, 2 mol NO3-. Thêm dần V lít dung dịch K2CO3 1M vào X đến khi được lượng Kết tủa lớn nhất thi giá trị tối thiểu cần dùng là: A. 150ml. B. 300 ml. C. 200ml. D. 250ml. Hướng dẫn: Có thể qui đổi các ion Mg2+, Ba2+, Ca2+ thành M2+ ; M2+ + CO32- → MCO3 ¯ Khi phản ứng kết thúc, phần dung dịch chứa K+, Cl-, và NO3- Áp dụng định luật bảo toàn toàn điện tích ta có: NK+ = nCl- + nNO3- = 0, 3 (mol) suy ra: N K2CO3 = 0, 15 (mol) Suy ra V K2CO3 = 0, 15/1 = 0, 15 (lít) = 150ml Dạng 4: Kết hợp với việc viết phương trình ở dạng ion thu gọn Ví Dụ 6: Cho hòa tan hoàn toàn 15, 6 gam hỗn hợp gồm Al vàAl2O3 trong 500 dung dịch NaOH 1M thu được 6, 72 lít H2 (đktc) Và dung dịch X. Thể tích HCl 2M tối thiểu cần cho vào X để thu được lượng kết tủa lớn nhất: A. 0, 175 lít. B. 0, 25 lít. C. 0, 25 lít. D. 0, 52 lít. Hướng dẫn: Dung dịch X chứa các ion Na+ ; AlO2- ; OH- dư (có thể). Áp dụng định luật Bảo toàn điện tích: N AlO2- + n OH- = n Na+ = 0, 5 Khi cho HCl vaof dung dịch X: H+ + OH- → H2O (1) H+ + AlO2- + H2O → Al (OH) 3 ↓ (2) 3H+ + Al (OH) 3 → → Al3+ + 3H2O (3) Để kết tủa là lớn nhất, suy ra không xảy ra (3) và n H+ = n AlO2- + n OH- = 0, 5 Suy ra thể tích HCl = 0, 5/2 = 0, 25 (lít) Dạng 5: Bài toán tổng hợp Ví dụ 7: Hoàn toàn 10g hỗn hợp X gồm Mg và Fe bằng dung dịch HCl 2M. Kết thúc thí nghiệm thu được dung dịch Y và 5, 6l khí H2 (đktc). Để kết tủa hoàn toàn các cation có trong Y cần vừa đủ 300ml NaOH 2M. Thể tích dungdịch HCl đã dùng là: A: 0, 2 lít B: 0, 24 lít C: 0, 3 lít D: 0, 4 lít Hướng dẫn: NNa+ = nOH- = nNaOH = 0, 6M Khi cho NaOH vào dung dịch Y (chứa các ion: Mg2+;Fe2+;H+ dư;Cl-) các iondương sẽ tác dụng với OH- để tạo thành kết tủa. Như vậy dung dịch thu được sau phản ứng chỉ chứa Na+ và Cl-. =>nCl- = nNa+=0, 6 =>VHCl=0, 6/2= 0, 3 lít ==> đáp án C. Ví dụ 8: Để hòa tan hoàn toàn 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 cần vừa đủ 700ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch X và3, 36 lít khí H2 (đktc). Cho NaOH dư vào dung dịch X rồi lấy toàn bộ kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thì lượng chất rắn thu được là: A: 8 gam B: 16 gam C: 24 gam D: 32 gam
III. BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu 1: Dung dịch X có chứa a mol Na+, b mol Mg2+, C mol Cl- và d mol SO42-. Biểu thức liên hệ giữa a, b, c, d là A: A+2b=c+2d B: A+2b=c+d C: A+b=c+ D: 2a+b=2c+d Câu 2: Có 2 dung dịch, mỗi dung dịch đều chứa 2 cation và 2 anion không trùng nhau trong các ion sau K+: 0, 15 mol, Mg2+: 0, 1 mol, NH4+: 0, 25 mol, H+: 0, 2 mol, Cl-: 0, 1 mol SO42-: 0, 075 Mol NO3-: 0, 25 mol, NO3-: 0, 25 mol và CO32-: 0, 15 mol. Một trong 2 dung dịch trên chứa A: K+, Mg2+, SO42- và Cl-; B: K+, NH4+, CO32- và Cl- C: NH4+, H+, NO3-, và SO42- D: Mg2+, H+, SO42- và Cl- Câu 3: Dung dịch Y chứa Ca2+ 0, 1 mol, Mg2+ 0, 3 mol, Cl- 0, 4 mol, HCO3- y mol. Khi cô cạn dung dịch Y thì được muối khan thu được là: A: 37, 4 gam B 49, 8 gam C: 25, 4 gam D: 30, 5 gam Câu 4: Một dung dịch chứa 0, 02 mol Cu2+;0, 03 mol K+, x mol Cl- và y mol SO42-. Tổng khối lượng các muối tan có trong dung dịch là 5, 435 gam. Giá trị của x và y lần lượt là: A: 0, 03 và 0, 02 B: 0, 05 và 0, 01 C: 0, 01 và 0, 03 D: 0, 02 và 0, 05 Câu 5: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0, 12 mol FeS2 và x mol Cu2S vào dung dịch HNO3 vừa đủ, thu được dung dịch X chỉ chứa 2 muối sunfat của các kim loại và giải khí NO duy nhất. Giá trị là: A: 0, 03 B: 0, 045 C: 0, 06 D: 0, 09 Câu 6: Cho m gam hỗn hợp Cu, Zn, Mg tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng, dư. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được (m+62). Gammuối khan. Nung hỗn hợp muối khan trên đến khối lượng không đổi thu được chất rắn có khối lượng là: A :(m+4) gam B: (m+8) gam C: (m+16) gam D :(m+32) gam Câu 7: Cho 2, 24 gam hỗn hợp Na2CO3, K2CO3 tác dụng vừa đủ với dung dịch BaCl2. Sau phản ứng thu được 39, 4 gam kết tủa. Lọc tách kết tủa, cô cạn dung dịch thì thu được bao nhiêu gam muối clorua khan? A: 2, 66 gam B 22, 6 gam C: 26, 6 gam D: 6, 26 gam Câu 8: Trộn dung dịch chứa Ba2+;OH- 0, 06 mol và Na+ 0, 02 mol với dung dịch chứa HCO3- 0, 04 mol; CO32- 0, 03 mol va Na+. Khối lượng kết tủa thu được sau khi trộn là A: 3, 94 gam B 5, 91 gam C: 7, 88 gam D: 1, 71 gam Câu 9: Hòa tan hoàn toàn 5, 94 gam hỗn hợp hai muối clorua của 2 kim loại nhóm IIA vào nước được 100ml dung dịch X. Để làm kết tủa hết ion Cl‑ có trong dung dịch X, người ta cho dung dịch X ở trên tác dụng vừa đủ với dung dịch AgNO3. Kết thúc thí nghiệm, thu được dung dịch Y và 17, 22 gam kết tủa. Khối lượng muối khan thu được khi kết tủa dung dịch Y là: A: 4, 86 gam B: 5, 4 gam C: 7, 53 gam D: 9, 12 gam Câu 10: Dung dịch X chứa 0.025 mol CO32-;0, 1 mol Na+;0, 25 mol NH4+ và 0, 3 mol Cl-. Cho 270ml dung dịch Ba (OH) 2 0, 2M vào và đun nóng nhẹ (giả sử H2O bay hơi không đáng kể). Tổng khối lượng dung dịch X và dung dịch Ba (OH) 2 sau quá trình phản ứng giảm đi là: A: 4, 125 gam B: 5, 296 gam C: 6, 761 gam D: 7, 015 gam Câu 11: Trộn 100ml dung dịch AlCl3 1M với 200ml dung dịchNaOH1, 8M đến phản ứng hoàn toàn thì lượng kết tủa thu được là: A: 3, 12 gam B: 6, 24 gam C: 1, 06 gam D: 2, 08 gam Câu 12: Dung dịch B chứa ba ion K+;Na+;PO43-. 1 lít dung dịch B tác dụng với CaCl2 dư thu được 31 gam kết tủa. Mặt khác nếu cô cạn 1 lít dung dịch B thu được 37, 6 gam chất rắn khan. Nồng độ của 3 ion K+;Na+;PO43- lần lượt là: A: 0, 3M;0, 3M và 0, 6M B: 0, 1M;0, 1M và 0, 2M C: 0, 3M;0, 3M và 0, 2M D: 0, 3M;0, 2M và 0, 2M Câu 13: Cho dung dịch Ba (OH) 2 đến dư vào 100ml dung dịch Xgồm các ion: NH4+, SO42-, NO3-, rồi tiến hành đun nóng thì được 23, 3gam kết tủa và 6, 72 lít (đktc) một chất duy nhất. Nồng đọ mol của (NH4) 2SO4 và NH4NO3 trong dung dịch X lần lượt là: A: 1M và 1M B: 2M và 2M C: 1M và 2M D: 2M và 1M Câu 14: Dung dịch X chứa các ion: Fe3+, SO42-, NH4+, Cl-. Chia dung dịch X thành 2 phần bằng nhau: - Phần 1 tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH, đun nóng thu được 0.672 lít khí (đktc) và 1, 07 gam kết tủa - Phần 2 tác dụng với lượng dư dung dịch BaCl2, thu được 4, 66gam kết tủa Tổng khối lượng các muối khan thu được khi cô cạn dung dịch X là (quá trình cô cạn chỉ có nước bay hơi) A: 3, 73 gam B: 7, 04 gam C: 7, 46 gam D: 3, 52 gam
PHƯƠNG PHÁP TÍNH pH CỦA DUNG DỊCH AXÍT MẠNH, DUNG DỊCH BAZƠ MẠNH 1. Tính pH của dung dịch axít mạnh Trong dung dịch axít mạnh có các quá trình điện li: HA H+ + A- H2O H+ + OH- Theo định luật bảo toàn điện tích ta có: [H+] = [OH-]+ [A-]Trường hợp 1: [A-]>>[OH-]=> [H+] [A-](1) Trường hợp 2: Dung dịch Axít rất loãng [A-]nhỏ [H+] 2 = [H+] . [A-]+ 10-14 <=> [H+] 2 - [H+] . [A-]- 10-14 = 0 <=> [H+] 2 - [H+] . C0- 10-14 = 0 (2) Giải phương trình bậc 2 trên ta được giá trị của [H+] . - Khi nào dung dịch axít được xem là rất loãng? Phép gần đúng: Nếu ta có: A + b và a + b a khi b << a Thông thường với sự sai số nhỏ với b < 0, 05a thì có thể xem là b << a. Với các bài tập thông thường đây là sự sai số không đáng kể. Nếu bài toán có yêu cầu về độ chính xác cụ thể, có thể thay số và biến đổi tương tự. Như vậy: [H+] = [OH-]+ [A-]= Ca + [OH-]Ca nếu [OH-]<< Ca Khi [OH-]< 0, 05 Ca ta có: * [OH-]. [H+] < 0, 05. Ca. [H+] * [H+] Ca ð 10-14 < 0, 05. Ca2 ð Ca > 4, 47.10^-7 Từ đó: Với dung dịch axít mạnh: Nếu Ca > 4, 47.10-7 thì [H+] Ca => pH = -lgCa (3) Nếu Ca < 4, 47.10-7 thì dung dịch axít là rất loãng và tính đến sự phân li của H2O. Giải phương trình bậc 2 với [H+] (2) và tìm được giá trị pH. Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch (dd) A. Dd HCl 0, 01M B. Dd HCl 2.10-7M Hướng dẫn: A. Ca = 0, 01 > 4, 47.10-7 nên có thể xem sự phân li của H2O không đáng kể. [H+] = Ca = 0, 01 => pH = - lg[H+] = 2 Ca = 2.10-7 < 4, 47.10-7 (không thể bỏ qua sự phân li của H2O). Áp dụng phương trình (II. 2) ta có: [H+] 2 - [H+] . [A-]- 10-14 = 0 => [H+] = 2, 414.10-7 Hoặc [H+] = -4, 142.10-8 (loại) =>pH = -lg[H+] = -lg (2.414.10-7) =6, 617 2. Tính pH của dung dịch bazơ mạnh Trong dung dịch bazơ mạnh xảy ra các quá trình điện li: BOH => B+ + OH- H2O => H+ + OH- Ta có: [OH-]= [H+] + [B+] Gọi Cb là nồng độ ban đầu của bazơ mạnh BOH Biến đổi tương tự với bài toán của axit mạnh ta cũng có: Khi Cb lớn (Cb > 4, 47.10-7) thì có thể xem phân li của H2O không đáng kể => [OH-]Cb và pH = 14 +lgCb (4) Khi Cb nhỏ (Cb < 4, 47.10-7) dung dịch bazơ rất loãng nên kể đến cả sự phân li của chất. => [OH-]= [H+] + [B+] => [OH-]2 - [B+] . [OH-]- 10-14 = 0 => [OH-]2 - Cb. [OH-]- 10-14 = 0 (5) Giải phương trình bậc 2 trên để có giá trị của [OH-]ð pH = 14 + lg[OH-]Ví dụ 2: Tính pH của các dung dịch bazơ A. Dung dịch Ba (OH) 2 0, 01M ; B. Dung dịch KOH 2, 5.10-7M C. Dung dịch NaOH 10-8M Hướng dẫn: A. Ba (OH) 2 Ba2+ + 2OH- 0, 01 0, 02 => pH = 14 + lg[OH-]= 14 + lg (0, 02) = 12, 3 Cb = 2, 5.10-7 < 4, 47.10-7 không thể bỏ qua sự phân li của H2O Áp dụng phương trình (II. 5) ta có: [OH-]2 -2, 5.10-7. [OH-]- 10-14 = 0 => [OH-]= 2, 85.10-7 PH = 14 + lg[OH-]=14 + lg (2, 85.10-7) = 7, 455 C. Tương tự câu b: [OH-]2 -10-8. [OH-]- 10-14 = 0 => [OH-]= 1, 0512.10-7 PH = 14 + lg[OH-]= 14 + lg (1, 0512.10-7) = 7, 022
