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
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