Tài liệu Phương pháp bảo toàn điện tích ( www.sites.google.com/site/thuvientailieuvip )

Chuyên ñề: Phương pháp giải nhanh bài toán Hóa Học Phần 4 Phương pháp Bảo toàn ñiện tích Biên son: Thy Lê Phm Thành Phần 4. Phương pháp bảo toàn ñiện tích Nội dung A. Nội dung phương pháp và những chú ý quan trọng B. Các thí dụ minh họa C. Kết hợp phương pháp bảo toàn ñiện tích – bảo toàn electron D. Bài tập luyện tập A. Nội dung phương pháp và những chú ý quan trọng
Nội dung phương pháp : • ðịnh luật bảo toàn ñiện tích (BTðT): “Trong một dung dịch nếu tồn tại ñồng thời các ion dương và âm thì theo ñịnh luật bảo toàn ñiện tích: tổng số ñiện tích dương bằng tổng số ñiện tích âm”. ðây chính là cơ sở ñể thiết lập phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa các ion trong dung dịch. • + + + Áp dụng : Tính lượng (số mol, nồng ñộ) các ion trong dung dịch. Bài toán xử lí nước cứng. Bài toán pha dung dịch.
Chú ý : số mol ñiện tích = số mol ion × ñiện tích ion. B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 1 Dung dịch X có chứa a mol Na+, b mol Mg2+, c mol Cl− và d mol SO42−. Biểu thức nào dưới ñây là ñúng ? A. a + 2b = c + 2d. B. a + 2b = c + d. C. a + b = c + d. D. 2a + b = 2c + d. Hướng dẫn giải : Theo ®Þnh luËt b¶o toµn ®iÖn tÝch : a + 2b = c + 2d → §¸p ¸n A. B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 2 Trong một cốc nước cứng chứa a mol Ca2+; b mol Mg2+ và c mol HCO3−. Dùng dung dịch Ca(OH)2 x mol/l ñể làm giảm ñộ cứng của nước thì thấy khi thêm V lít nước vôi trong vào cốc, ñộ cứng trong cốc là nhỏ nhất. Biểu thức tính V theo a, b, x là a+b a+b 2a +b a + 2b A. V = B. V = C. V = D. V = x x 2x x Hướng dẫn giải C¸ch 1: C¸c ph¶n øng x¶y ra : HCO3− + OH− → CO32 − + H2O (1) Ca2+ + CO23 − → CaCO3 ↓ (2) Mg2+ + CO23 − → MgCO3 ↓ (3) §é cøng nhá nhÊt ⇔ dung dÞch kh«ng cßn c¸c ion Ca2+ vµ Mg2+ Theo (1), (2), (3) : nCO2− = nOH− = 2Vx = nCa2+ + nMg2+ 3 (*) Chó ý : nCa2+ = a + Vx (mol) ; nMg2+ = b (mol) Thay vµo (*) : 2Vx = a + Vx + b ⇒ V = a+b → §¸p ¸n C. x B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 2 (tt) Trong một cốc nước cứng chứa a mol Ca2+; b mol Mg2+ và c mol HCO3−. Dùng dung dịch Ca(OH)2 x mol/l ñể làm giảm ñộ cứng của nước thì thấy khi thêm V lít nước vôi trong vào cốc, ñộ cứng trong cốc là nhỏ nhất. Biểu thức tính V theo a, b, x là a+b a + 2b a+b 2a +b V = V = V = A. V = B. C. D. x 2x x x Hướng dẫn giải (tt) C¸ch 2 : C¸c ph−¬ng tr × nh ph¶n øng x¶y ra : Ca(HCO3 )2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 ↓ + 2H2O (4) Mg(HCO3 )2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + MgCO3 ↓ + 2H2O (5) §é cøng lµ nhá nhÊt ⇔ Ca(OH)2 võa ®ñ Tõ (4), (5) ⇒ nCa(OH)2 = Ca(HCO3 )2 + Mg(HCO3 )2 ⇒ V.x = a + b ⇒ V = a+b → §¸p ¸n C. x B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 3 Một dung dịch chứa hai cation là Fe2+ 0,1M và Al3+ 0,2M. Trong dung dịch còn có hai anion là Cl− x mol/l và SO42− y mol/l. Khi cô cạn 1,0 lít dung dịch trên thu ñược 46,9 gam hỗn hợp muối khan. Giá trị của x và y lần lượt là A. 0,6 và 0,1. B. 0,3 và 0,2. C. 0,5 và 0,15. D. 0,2 và 0,3. nCl− = x mol ; nSO2− = y mol Hướng dẫn giải 4 Khèi l−îng muèi khan : mmuèi = mcation + manion ⇒ 56.0,1 + 27.0,2 + 35,5x + 96y = 46,9 ⇒ 35,5x + 96y = 35,9 (1) Theo ®Þnh luËt BT§T : x + 2y = 2.0,1 + 3.0,2 ⇒ x + 2y = 0,8 (2)  x = 0,2 Tõ (1), (2) ⇒  y = 0,3 → §¸p ¸n D. B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 4 Dung dịch X gồm 5 ion : Mg2+, Ba2+, Ca2+, 0,1 mol Cl− và 0,2 mol NO3−. Thêm từ từ dung dịch K2CO3 1M vào dung dịch X ñến khi ñược lượng kết tủa lớn nhất thì thể tích dung dịch K2CO3 ñã sử dụng là A. 300 ml. B. 150 ml. C. 200 ml. D. 250 ml. Hướng dẫn giải KÕt tña lín nhÊt ⇔ c¸c ion Mg2+ , Ba2+ vµ Ca2+ ®· kÕt tña hoµn toµn Mg2+ + CO23 − → MgCO3 ↓ (1) Ba2+ + CO23 − → BaCO3 ↓ (2) Ca2+ + CO23− → CaCO3 ↓ (3) Theo (1), (2), (3) : nCO2− = nMg2+ + nBa2+ + nCa2+ 3 (*) Theo BT§T : 2nMg2+ + 2nBa2+ + 2nCa2+ = 1.0,1 + 1.0,2 = 0,3 mol ⇒ nMg2+ + nBa2+ + nCa2+ = 0,3 = 0,15 mol 2 (*), (**) ⇒ nCO2− = 0,15 mol ⇒ VK CO = 3 2 3 (**) 0,15 = 0,15 lÝt = 150 ml → §¸p ¸n B. 1 B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 5 Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS2 và y mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa ñủ), thu ñược dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO. Tỉ số của x/y là A. 2/1. B. 1/2. C. 3/1. D. 1/3. Hướng dẫn giải Do X chØ cã muèi sunfat ⇔ dung dÞch kh«ng cßn gèc NO3− S¬ ®å biÕn ®æi : FeS2 → Fe3+ + 2SO24− x x 2x Cu2S → 2Cu2+ + SO24− y 2y (1) (2) y Dung dÞch chØ cã c¸c ion : Fe3+ , Cu2+ vµ SO24− Theo BT§T : 3x + 2.2y = 2.2x + 2.y ⇒ x = 2y ⇒ x/y = 2/1 → §¸p ¸n A. B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 6 Dung dịch X chứa Na2SO4 0,05M, NaCl 0,05M và KCl 0,1M. Phải dùng hỗn hợp muối nào sau ñây ñể pha chế dung dịch X ? A. KCl và Na2SO4. B. KCl và NaHSO4. C. NaCl và K2SO4. D. NaCl và KHSO4. Hướng dẫn giải C¸c ph−¬ng tr × nh ®iÖn li : Na2SO4 → 2Na+ + SO24− 0,05 NaCl 0,1 KCl 0,1 0,05 → Na+ + Cl− 0,05 0,05 → (1) (2) 0,05 K+ + Cl− 0,1 0,1 (3) [Na+ ] = [Cl− ] [Na+ ] = 0,1 + 0,05 = 0,15 M ; [K + ] = 0,1 0M ⇔ + Dung dÞch :  − 2− 2− [Cl ] = 0,05 + 0,1 = 0,15 M ; [SO4 ] = 0,05 M [K ] = 2[SO4 ] ⇒ Ph¶i dïng hçn hîp NaCl vµ K 2SO4 → §¸p ¸n C. B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 7 Có 500 ml dung dịch X chứa Na+, NH4+, CO32−, SO42−. Tiến hành các thí nghiệm : - Lấy 100 ml X cho tác dụng với HCl dư ñược 2,24 lít CO2 (ñktc). - Cho 100 ml X tác dụng với lượng dư BaCl2 thu ñược 43 gam kết tủa. - Lấy 100 ml X cho tác dụng với dung dịch NaOH dư ñược 4,48 lít khí (ñktc). Khối lượng muối có trong 500 ml dung dịch X là A. 43,1 gam. B. 86,2 gam. C. 119,0 gam. D. 50,8 gam. Hướng dẫn giải C¸c ph¶n øng : CO23 − + 2H+ → H2O + CO2 ↑ (1) Ba2+ + CO23− → BaCO3 ↓ (2) Ba2+ + SO24− → BaSO4 ↓ (3) OH− + NH4+ → NH3 ↑ + H2O (4) 2,24 4,48 = 0,1 mol ; nNH+ = nNH3 = = 0,2 mol 4 22,4 22,4 43 − 197.0,1 = 0,1 mol + mBaSO4 = 43 ⇒ nSO2− = nBaSO4 = 4 233 Trong 100 ml X : nCO2− = nCO2 = 3 mBaCO3 B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 7 (tt) Hướng dẫn giải (tt) 2,24 4,48 = 0,1 mol ; nNH+ = nNH3 = = 0,2 mol 3 4 22,4 22,4 43 − 197.0,1 mBaCO3 + mBaSO4 = 43 ⇒ nSO2− = nBaSO4 = = 0,1 mol 4 233 Theo BT§T : 2nCO2− + 2nSO2− = nNH+ + nNa+ ⇒ nNa+ = 2nCO2− + 2nSO2− − nNH+ nCO2− = nCO2 = 3 4 4 ⇒ nNa+ = 2.0,1 + 2.0,1 − 0,2 = 0,2 mol 3 4 4 Khèi l−îng muèi cã trong 500 ml dung dÞch X : mmuèi = mCO2− + mSO2− + mNH+ + mNa+ = 5(0,1.60 + 0,1.96 + 0,2.18 + 0,2.23) 3 4 4 ⇒ mmuèi = 119,0 gam → §¸p ¸n C. B. Các thí dụ minh họa Thí dụ 8 Hòa tan 26,64 gam chất X là tinh thể muối sunfat của kim loại M vào nước ñược dung dịch A. Cho A tác dụng với dung dịch NH3 vừa ñủ thu ñược kết tủa B, nung B ở nhiệt ñộ cao ñến khối lượng không ñổi ñược 4,08 gam oxit. Mặt khác, cho cho dung dịch BaCl2 dư vào A ñược 27,96 gam kết tủa. X là A. MgSO4.6H2O. B. Fe2(SO4)3.12H2O. C. CuSO4.6H2O. D. Al2(SO4)3.18H2O. Hướng dẫn giải Gäi X lµ M2 (SO4 )n .αH2O ⇒ Dung dÞch A chøa : Mn+ vµ SO24− Ph¶n øng : Ba2+ + SO24− → BaSO4 ↓ ⇒ nSO2− = nBaSO4 = 4 n+ Cã biÕn ®æi : M (*) 27,96 = 0,12 mol 233 to NH3 d− → M(OH)n ↓  → M2On ↓ Theo BT§T : nO(M2On ) = nSO2− = 0,12 mol ⇒ mMn+ = 4,08 − 0,12.16 = 2,16 gam 4 Theo BT§T : 2,16 × n = 0,12.2 ⇒ M = 9n ⇒ M = 27 (Al) → §¸p ¸n D. M C. Kết hợp phương pháp bảo toàn ñiện tích – bảo toàn electron
Nội dung : • ðối với phản ứng oxi hóa – khử : Tổng số mol electron kim loại nhường = ñiện tích của cation kim loại. Áp dụng ñịnh luật bảo toàn ñiện tích : ðiện tích của cation kim loại = ñiện tích của anion tạo muối ⇒ Số mol anion tạo muối. • Áp dụng : bài toán hỗn hợp kim loại + axit có tính oxi hóa mạnh. Biết khối lượng kim loại ↔ khối lượng muối.
Chú ý : số mol anion tạo muối ñược tính qua số mol electron nhận trong quá trình tạo sản phẩm khí. C. Kết hợp phương pháp bảo toàn ñiện tích – bảo toàn electron Thí dụ 9 Hòa tan hoàn toàn 15,95 gam hỗn hợp Ag, Zn và Al bằng dung dịch H2SO4 ñặc, nóng thu ñược 7,84 lít khí SO2 (sản phẩm khử duy nhất, ño ở ñktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu ñược khối lượng muối khan là A. 150,35 gam. B. 116,75 gam. C. 83,15 gam. D. 49,55 gam. Hướng dẫn giải Qu¸ tr × nh nhËn electron : S+6 + 2e → S+4 7,84 ⇒ n®iÖn tÝch d−¬ng (cation) = ne nh−êng = ne nhËn = × 2 = 0,7 mol 22,4 Dung dÞch thu ®−îc chØ cã muèi sunfat Theo BT§T : 2nSO2− (muèi) = 0,7 ⇒ nSO2− (muèi) = 0,35 mol 4 4 ⇒ mmuèi khan = mkim lo¹i + mSO2− (muèi) = 15,95 + 0,35.96 = 49,55 gam 4 → §¸p ¸n D. C. Kết hợp phương pháp bảo toàn ñiện tích – bảo toàn electron Thí dụ 10 Hoà tan hoàn toàn 12,0 gam hỗn hợp X gồm Fe và Cu bằng dung dịch HNO3 dư, kết thúc thí nghiệm thu ñược hỗn hợp khí gồm 0,1 mol NO và 0,2 mol NO2. Khối lượng muối nitrat (không có NH4NO3) tạo thành trong dung dịch là A. 43,0 gam. B. 30,6 gam. C. 55,4 gam. D. 39,9 gam. Hướng dẫn giải C¸c qu¸ tr × nh nhËn electron : N+5 + 3e → N+2 ; N+5 + 1e → N+4 ⇒ n®iÖn tÝch d−¬ng (cation) = ne nh−êng = ne nhËn = 0,1.3 + 0,2.1 = 0,5 mol Dung dÞch thu ®−îc chØ cã muèi nitrat Theo BT§T : nNO− (muèi) = 0,5 mol 3 ⇒ mmuèi nitrat = mkim lo¹i + mNO− (muèi) = 12,0 + 0,5.62 = 43,0 gam 3 → §¸p ¸n A. C. Kết hợp phương pháp bảo toàn ñiện tích – bảo toàn electron Thí dụ 11 Hỗn hợp X gồm hai kim loại Cu và Ag. Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp X trong dung dịch chứa 2 axit HNO3, H2SO4 thu ñược dung dịch Y chứa 7,06 gam muối và hỗn hợp khí Z chứa 0,05 mol NO2 và 0,01 mol SO2. Giá trị của m là A. 2,58. B. 3,06. C. 3,00. D. 3,32. Hướng dẫn giải C¸c qu¸ tr × nh nhËn electron : N+5 + 1e → N+4 (1) ; S+6 + 2e → S+4 (2) +) nNO3− (muèi) = ne nhËn (1) = 0,05.1 = 0,05 mol  Chó ý :  1 1 +) nSO42− (muèi) = ne nhËn (2) = × 0,01.2 = 0,01 mol 2 2  Cã : mmuèi = mkim lo¹i + mNO− (muèi) + mSO2− (muèi) 3 4 3 4 ⇒ mkim lo¹i = mmuèi − (mNO− (muèi) + mSO2− (muèi) ) = 7,06 − (0,05.62 + 0,01.96) ⇒ mkim lo¹i = 3,00 gam → §¸p ¸n C. D. Bài tập luyện tập Bài tập 1 Dung dịch X có chứa a mol Ca2+, b mol K+, c mol Al3+ và d mol NO3−. Biểu thức liên hệ giữa d với a, b, c là A. d = a + b + c. B. d = 2a + b + 3c. C. d = a + 2b + 3c. D. d = 2a + 3b + c. Hướng dẫn giải Theo ®Þnh luËt b¶o toµn ®iÖn tÝch : d = 2a + b + 3c → §¸p ¸n B. D. Bài tập luyện tập Bài tập 2 Dung dịch X chứa a mol Na+, b mol HCO3−, c mol CO32− và d mol SO42−. ðể tạo kết tủa lớn nhất người ta phải dùng 100 ml dung dịch Ba(OH)2 x mol/l. Biểu thức tính x theo a và b là A. x = a+b 2 B. x = a+b 0,2 C. x = a+b 0,1 D. x = a+b 0,3 Hướng dẫn giải C¸c ph¶n øng x¶y ra : HCO3− + OH− → CO23 − + H2O (1) Ba2+ + CO23− → BaCO3 ↓ (2) Ba2+ + SO24− → BaSO4 ↓ (3) Chó ý : nCO2− = b + c (mol) ; nSO2− = d (mol) 3 4 KÕt tña lín nhÊt ⇔ c¸c ph¶n øng (2), (3) x¶y ra hoµn toµn Theo (2), (3) : nBa2+ = nCO2− +nSO2− ⇒ 0,1x = b + c + d 3 4 (*) Theo BT§T : a = b + 2c + 2d ⇒ a + b = 2(b + c + d) = 2.0,1x ⇒ x = → §¸p ¸n B. a+b 0,2 D. Bài tập luyện tập Bài tập 3 (ðề Cð Khối A – 2007) 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. Hướng dẫn giải nCl− = x mol ; nSO2− = y mol 4 Khèi l−îng muèi khan : mmuèi = mcation + manion ⇒ 64.0,02 + 39.0,03 + 35,5x + 96y = 5,435 ⇒ 35,5x + 96y = 2,985 (1) Theo ®Þnh luËt BT§T : x + 2y = 2.0,02 + 0,03 ⇒ x + 2y = 0, 07 (2)  x = 0,03 Tõ (1), (2) ⇒  y = 0,02 → §¸p ¸n A.