SKKN Áp dụng phương trình ion thu gọn để giải một số bài toán hoá học vô cơ xảy ra trong dung dịch

Nội dung text: SKKN Áp dụng phương trình ion thu gọn để giải một số bài toán hoá học vô cơ xảy ra trong dung dịch

1. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Triệu Sơn 2 Mục lục A. Đặt vấn đề B. Giải quyết vấn đề I. phản ứng trao đổi. 1. Phản ứng giữa hỗn hợp axit với hỗn hợp bazơ. 2. Phản ứng giữa hỗn hợp muối với hỗn hợp muối. 3. Phản ứng giữa hỗn hợp muối cacbonat với axit. 4. Phản ứng giữa oxit axit ( CO2, SO2 ) và axit H2S, H2SO3, H3PO4 với hỗn hợp dung dịch kiềm. 3+ 2+ 3+ 5. Phản ứng giữa muối của kim loại mà hiđroxit luỡng tính (Al , Zn , Cr ) với với hỗn hợp dung dịch kiềm ( NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2). II. phản ứng oxi hoá khử xảy ra trong dung dịch. 1. Kim loại phản ứng với hỗn hợp axit không có tính oxi hoá mạnh - 2.Tính oxi hoá của ion NO3 với kim loại phụ thuộc vào môi trường. C.Kết luận Tài liệu tham khảo Giáo viên : Lê Văn Thân Trang 1
2. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Triệu Sơn 2 A. Đặt vấn đề Một bài tập hoá học có thể giải theo nhiều phương pháp khác nhau và đều đi đến một kết quả, nhưng với từng bài toán, dạng toán giải theo phương pháp nào là dễ nhất, ngắn gọn nhất, nhanh nhất và chính xác nhất là vấn đề không dễ đối với giao viên cũng như học sinh. Chẳng hạn khi gặp bài toán sau: Có 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp axit gồm HCl1,98M và H2SO4 1,1M. Tính thể tích dung dịch chứa đồng thời NaOH 3M và Ba(OH)2 4M cần phải lấy để trung hoà vừa đủ dung dịch axit đã cho. Việc giải bài toán này bằng các phương pháp thông thường như viết phương trình hoá học thì có thể thực hiện được nhưng sẽ gặp những vướng mắc nhất định dẫn tới bài toán trỏ nên phức tạp, mất thời gian. Để khắc phục được những nhược điểm đó ta nên nghỉ đến “phương trình ion thu gọn”. Để thấy rõ nhưng ưu điểm nhược điểm của tường phương pháp ta giải bài toán trên theo hai cách và so sánh. Cách gải 1. Dùng phương pháp thông thường Số mol HCl trong 500ml dung dịch là: 1,98.0,5 = 0,99mol Số mol H2SO4 trong 500ml dung dịch là: 1,1.0,5 = 0,55mol Phương trình phản ứng trung hoà các axit bằng kiềm : HCl + NaOH NaCl + H2O 3mol 3mol 2HCl + Ba(OH)2 BaCl2 + 2H2O 8mol 4mol Như vậy, muối trung hoà 11 mol HCl cần 1000ml dung dịch kiềm đã cho Vậy thì muối trung hoà 0,99mol HCl cần x ml dung dịch kiềm đã cho => x = 90 ml Với H2SO4 H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O 1,5mol 3mol H2SO4 + Ba(OH)2 BaSO4 + 2H2O 4mol 4mol Muối trung hoà 5,5 mol H2SO4 cần 1000ml dung dịch kiềm đã cho Vậy trung hoà 0,55mol H2SO4 cần y ml dung dịch kiềm đã cho  y =100 ml Vậy thể tích dung dịch kiềm phải lấy là: V= x + y = 90 + 100 = 190 ml Giáo viên : Lê Văn Thân Trang 2
3. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Triệu Sơn 2 Cách giải 2. Phương pháp áp dung phương trình ion thu gọn Trong dd axit Trong dd bazơ Pt điện li: HCl H+ + Cl- Pt điện li NaOH Na+ + OH- 0,99mol 0,99mol 3Vmol 3Vmol 3Vmol + 2- 2+ - H2SO4 2H + SO4 Ba(OH)2 Ba + 2OH 0,55mol 1,1mol 1,1mol 4Vmol 4Vmol 8Vmol n n 2n 0,99 2.0,55 2,09mol  H HCl H 2SO4 n n 2n 3V 8V 11Vmol  OH NaOH Ba(OH )2 + - Phản ứng trung hoà xảy ra: H + OH H2O nH nOH => 2,09 = 11V => V=0,19 lít => V = 190 ml So sánh phương pháp cũ và phương pháp mới Phương pháp cũ Phương pháp mới - Phương pháp này phổ biến nhưng dài - Ngắn gọn, chính xác, dễ hiểu, không mất nhiều dòng, khó hiểu mất nhiều thời gian. thời gian. - Học sinh còn hiểu bản chất của phản ứng xảy ra trong dung dịch chất điện li là do sự kết hợp của các ion đối kháng với nhau. - Đáp ứng mục tiêu cải cách giáo dục hiện nay và trong thi cử của học sinh - Trong những năm gần đây bộ giáo dục đã ra đề thi đa nhiều câu hỏi cùng dạng. Bằng kinh nghiệm thực tế, tôi giảng dạy cho học sinh ở trường THPT Triệu Sơn 2 cụ thể là học sinh ở các lớp 12BC1, 12BX nhất là tôi đã áp dụng dạy cho đội tuyển học sinh giỏi và đạt được kết quả cao khi các em đi thi gặp các bài dạng này. Từ những thực tế nêu trên và kinh nghiệm giảng dạy tôi xin gới thiệu bài viết “ áp dụng phương trình ion thu gọn để giải một số bài toán hoá học vô cơ xảy ra trong dung dịch ” Trong quá trình nghiên cứu không trách những thiếu sót. Mong độc giả góp ý kiến cho tác giả hoàn thiện bài viết tốt hơn. Tôi xin chân trọng cảm ơn! Tác giả Lê Văn Thân Giáo viên : Lê Văn Thân Trang 3
4. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Triệu Sơn 2 B. Giải Quyết vấn đề  Phạm vi áp dụng áp dụng hiệu quả với nhiều bài toán hỗn hợp nhiều chất tác dụng với một hoặc nhiều chất khác nhưng đều do ion đối kháng cùng loại kết hợp với nhau xảy ra trong dung dịch. I. phản ứng trao đổi. Lưu ý: Đối với phản ứng trao đổi xảy ra thực tế là do các ion đối kháng kết hợp với nhau tạo ra chất kết tủa, chất bay hơi hoặc chất điện li yếu. 1. Phản ứng giữa hỗn hợp axit với hỗn hợp bazơ. Bài 1: Để trung hoà hết 2 lít hỗn hợp axit gồm HCl1M, H2SO4 0,5M, H3PO4 0,5M cần vừa đủ V lít hỗn hợp dung dịch bazơ gồm NaOH 1M, KOH 1M. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được m gam muối khan. Thì V và m lần lượt có giá trị nào sau đây. A. 3,5 lít và 479 gam B. 1,5 lít và 497 gam C. 2,5 lít và 749 gam D. 3,5 lít và 974 gam Bài giải Phương trình điện li: Trong dd axit Trong dd bazơ HCl H+ + Cl- NaOH Na+ + OH- 2mol 2mol 2mol Vmol Vmol Vmol + 2- + - H2SO4 2H + SO4 KOH K + OH 1mol 2mol 1mol Vmol Vmol Vmol + 3- H3PO4 3H + PO4 1mol 3mol 1mol n n 2n 3n 2 2 3 7mol  H HCl H 2 SO4 H 3 PO4 n n n V V 2Vmol  OH NaOH KOH + - Phản ứng trung hoà xảy ra: H + OH H2O nH nOH => 7 = 2V => V=3,5 lít Khối lượng muối thu được khi cô cạn là: m = m m m m 2 m 3 K Na Cl SO4 PO4 = 3,5.39+3,5.23+2.35,5+1.96+1.95= 479 gam => Đáp án A đúng Giáo viên : Lê Văn Thân Trang 4
5. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Triệu Sơn 2 2. Phản ứng giữa hỗn hợp muối với hỗn hợp muối Bài 2. Cho 11,38 gam hỗn hợp gồm Ba(NO3)2, BaCl2, tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch gồm (NH4)2SO4 0,5M, Na2SO4 1M, K2SO4 0,5M thu được 11,65 gam kết tủa và dung dịch X , cô cạn cẩn thận dung dịch X thu được m gam muối khan. Thì V và m lần lượt có giá trị nào sau đây. A. 0,025 lít và 7,96 gam B. 0,025 lít và 6,96 gam C. 0,25 lít và 9,69 gam D. 2,5 lít và 6,96 gam Bài giải 11,65 Ta có: n 0,05mol BaSO4 233 Gọi x, y lần lượt là số mol của Ba(NO3)2 và BaCl2. Trong dung dịch các muối điện li theo phương trình sau 2+ - + 2+ Ba(NO3)2 Ba + 2NO3 (NH4)2SO4 NH4 + SO4 xmol xmol 2xmol 0,5Vmol 0,5Vmol 0,5Vmol 2+ - + 2- BaCl2 Ba + 2Cl Na2SO4 2Na + SO4 ymol ymol 2ymol Vmol 2Vmol Vmol + 2- K2SO4 2K + SO4 0,5Vmol Vmol 0,5Vmol 2+ 2- Phản ứng là: Ba + SO4 BaSO4 (x+y)mol (x+y)mol (x+y)mol Ta có hệ phương trình: 261x + 208y = 11,46 x = 0,02 x + y = 0,05 y = 0,03 Thể tích cần dùng là: 0,05 n 2 n 2 => 0,05 = 0,5V + V + 0,5V = 2V => V 0,025lit  Ba  SO 4 2 Khối lương muối khan là: m m m m m m Na K Cl NH 4 NO3 0,5.0,025.18 2.0,025.23 0,025.39 2.0,02.62 2.0,03.35,5 6,96g => Đáp án B đúng Giáo viên : Lê Văn Thân Trang 5
6. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Triệu Sơn 2 3. Phản ứng giữa hỗn hợp cacbonat với hỗn hợp axit. Lưu ý. Phản ứng cuả muối cacbonat với axit 2- • Nếu cho từ từ axit vào muối CO3 . + 2- - Phương trình ion: H + CO3 HCO3 - + HCO3 + H CO2 + H2O 2- • Nếu cho từ từ muối CO3 vào axit. + 2- Phương trình ion: 2 H + CO3 H2O + CO2 Bài 1. Cho 35 gam hỗn hợp X gồm Na 2CO3 và K2CO3. Thêm từ từ , khuấy đều 0,8 lit HCl 0,5 M vào dung dịch X trên thấy có 2,24 lit khí CO2 thoát ra ở đktc và dung dịch Y. Thêm Ca(OH)2 vào dung dịch Y được kết tủa A. Khối lượng của Na2CO3 và K2CO3 trong X và khối lượng kết tủa A lần lượt là ? A. 21,2 gam; 13,8 gam; 20 gam B. 4,4 gam; 30,8 gam; 10 gam C. 17,5 gam; 17,5 gam; 30 gam D. 12,21 gam; 22,79 gam; 20 gam Bài giải Gọi số mol của Na2CO3 là a, K2CO3 là b. Khi thêm từ từ dd HCl vào dd X lần lượt xảy ra phản ứng : 2 + CO 3 + H HCO 3 a + b a + b a + b 2 Khi trong dung dịch tất cả ion CO 3 biến thành ion HCO 3 + HCO 3 + H CO2 + H2O 0,1 0,1 0,1 => = 2,24/ 22,4 = 0,1 mol. nCO 2 + Dung dịch sau phản ứng tác dụng Ca(OH)2 cho kết tủa. Vậy HCO 3 dư, H hết. - HCO 3 + Ca(OH)2 CaCO3  + OH + H2O n Ta có  H = a + b + 0,1 = 0,5 . 0,8 = 0,4 mol a + b = 0,3 (1) 106a + 138b = 35 (2). Giải hệ có a = 0,2 mol Na2CO3, b = 0,1 mol K2CO3. Do đó khối lượng 2 muối là : m và m Na 2 CO 3 = 0,2 . 106 = 21,2 (g) K 2 CO 3 = 0,1 . 138 = 13,8 (g) Khối lượng kết tủa : = = a + b - 0,1 = 0,2 mol => m nCaCO 3 nHCO 3 dư CaCO 3 = 0,2 . 100 = 20 (g) => Đáp án A đúng Giáo viên : Lê Văn Thân Trang 6
7. Sáng kiến kinh nghiệm Trường THPT Triệu Sơn 2 Bài 2. Cho 10,5 gam hỗn hợp X gồm Na 2CO3 và K2CO3 tác dụng với HCl dư thì thu được 2,016 lit CO2 ở đktc. a. Tính % khối lượng X ? b. Lấy 21 gam hỗn hợp Na2CO3 và K2CO3 với thành phần % như trên tác dụng với dung dịch HCl vừa đủ (đến khi bắt đầu có khí CO2 bay ra thì dừng lại). Tính thể tích dung dịch HCl 2M cần dùng? c. Nếu thêm từ từ 0,12 lit dung dịch HCl 2M vào dung dịch chứa 21 gam hỗn hợp X trên. Tính thể tích CO2 thoát ra ở đktc? Bài giải 2 a. Gọi a,b lần lượt là số mol của Na2CO3 và K2CO3. do HCl dư nên CO 3 biến thành CO2 2 + CO 3 + 2H CO2  + H2O a + b a + b Ta có : a + b = 2,016/ 22,4 = 0,09 mol giải hệ : a = 0,06 mol Na2CO3 106a + 138b = 10,5 b = 0,03 mol K2CO3 0,06.106.100 % Na2CO3 = = 60,57% 10,5 % K2CO3 = 100% - 60,57% = 39,43% b. Khi cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch X : Na2CO3, K2CO3 (21 gam = 2 . 10,5 gam hỗn hợp trên). 2 + CO 3 + H HCO 3 0,18 0,18 0,18 khi bắt đầu có khí CO2 bay ra thì dừng lại, tức là phản ứng dừng lại ở đây. nHCl = nH = 0,18 mol => VHCl 2M = 0,18/2 = 0,09(l) c. Nếu dùng 0,12 lit dung dịch HCl 2M hay 0,12.2 = 0,24 mol H+ > 0,18 mol. Nên sẽ có phương trình tạo khí CO2 : 2- + - CO3 + H HCO3 (1) 0,18 0,18 + HCO 3 + H CO2 + H2O (2) 0,06 0,06 V 4. CO 2 = 0,06.22,4 = 1,344 (l) Bài 3. Hoà tan a gam hỗn hợp gồm ( Na2CO3 và NaHCO3 ) vào nước thu được 400ml dung dịch A. Cho từ từ 100 ml dung dịch HCl 1,5M vào dung dịch A thu được dung dịch B và 1,008 lít khí (đktc). Cho B tác dụng với Ba(OH)2 dư thu được 29,55 gam kết tủa. a. Tính a b. Tính nồng độ các ion trong dd A c. Người ta cho từ từ dd A vào 100ml dd HCl 1,5M. Tính V CO2 (đktc) thoát ra. Giáo viên : Lê Văn Thân Trang 7