Bài toán về muối ngậm nước

Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 1/4 - Bài toán về muối ngậm nước Lê Phạm Thành Cựu sinh viên lớp K52 CLC, Khoa Hóa Học, ðHSP Hà Nội Bài tập toán về muối và hỗn hợp muối là một dạng bài tập khá cơ bản và thông dụng trong chương trình hóa học phổ thông. Tuy nhiên ở nước ta các bài tập dạng này mới chỉ tập trung vào các muối khan, còn các bài tập về muối kết tinh ngậm nước thì có rất ít và chưa phong phú. Chính vì vậy nó dẫn ñến việc học sinh khi làm các bài tập về muối cảm thấy khá nhàm chán, ñơn ñiệu. Mặt khác ñiều này cũng khiến cho học sinh trở nên thụ ñộng trong tư duy, khi gặp một bài tập về muối là chỉ nghĩ ñến các muối khan! Vì vậy khi gặp những bài có liên quan ñến muối ngậm nước ña phần các em trở nên khá lúng túng! Chúng ta cùng xét ví dụ sau: Ví dụ 1: Có 16,0 gam oxit kim loại MO, chia thành 2 phần bằng nhau.
Hòa tan hoàn toàn phần 1 trong HCl dư, xử lý dung dịch thu ñược ở những ñiều kiện thích hợp thu ñược 17,1 gam một muối X duy nhất.
Cho phần 2 tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư, xử lý dung dịch sau phản ứng ở nhiệt ñộ dưới 111oC chỉ thu ñược 25,0 gam một muối Y duy nhất. Xác ñịnh M và công thức hai muối X, Y; biết rằng MX < 180 g.mol-1, MY < 260 g.mol-1. Giải: Theo bài ra ta có sơ ñồ: MO dd1 dd2 HCl d− H2SO4 lo·ng, d− muèi X muèi Y 16 gam 25,0 gam 17,1 gam chia hai Thông thường học sinh sẽ cho rằng muối X là MCl2, và muối Y là MSO4. Khi ñó dựa vào dữ kiện: MO 8 gam 25,0 gam 17,1 gam MO 8 gam ∆m1 = 9,1 ∆m2 = 17,0 MCl2 MSO4 ∆M1 = 71 - 16 = 55 ∆M2 = 96 - 16 = 80 Với n là số mol của 8 gam MO, ta có: )lý vô( 80 0,17 55 9,1 n ≠= . ðến ñây ña phần học sinh sẽ lúng túng, không biết phải giải như thế nào !!! ðó là do các em ñã quên rằng các muối X, Y hoàn toàn có thể ở dạng muối ngậm nước: MCl2.aH2O và MSO4.bH2O. Lúc này ta có: 18b80 17,0 18a 55 9,1 n + = + = ⇒ 91b – 170a = 115 (*) Mà: MX < 180 ⇒ a < 6,05. MY < 260 ⇒ b < 9,11. Trong (*) nhận thấy a, b phải là số nguyên, và b chia hết cho 5 ⇒ b = 5; a = 2; n = 0,1. Từ ñó suy ra M = 64 (Cu). Vậy công thức các muối: X là CuCl2.2H2O Y là CuSO4.5H2O. Từ ví dụ trên chúng ta có thể thấy: nếu các em không chịu tư duy mà chỉ làm theo lối mòn thì sẽ rất lúng túng và sẽ không thể tìm ra ñược ñáp số! Nhằm góp phần làm phong phú hơn nữa các dạng bài tập hóa học trong chương trình phổ thông và phát huy tính tích cực suy nghĩ của học sinh, trong bài viết này chúng tôi xin ñề cập ñến một dạng khác của bài tập về muối, ñó là “Bài toán về muối ngậm nước”. Theo tôi, có thể chia các bài tập này thành 3 dạng sau: Dạng 1: Muối ngậm nước mà kim loại trong muối không thay ñổi số oxi hoá Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 4,8 gam kim loại M vào dung dịch axit HNO3, thu ñược dung dịch A. Chia A thành 2 phần bằng nhau.
Xử lý phần 1 ở ñiều kiện thích hợp thu ñược 25,6 gam một muối X duy nhất.
Cho phần 2 tác dụng với NaOH dư ñược kết tủa B. Nung B ñến khối lượng không ñổi thu ñược 4,0 gam chất rắn. Xác ñịnh kim loại M và muối X, biết M chỉ có một hóa trị duy nhất. Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 2/4 - Giải: Nếu giả thiết muối là khan thì: M M(NO3)n 25,6 gam R¾n (M2On) 4,0 gam xö lý OH- d− to 2,4 gam ch©n ko M 2,4 gam M(OH)n Với x là số mol của 2,4 gam M, áp dụng ñịnh luật tăng giảm khối lượng, ta có: (mol) n 0,187 62.n 2,425,6 x = − = Mà: (mol) n 0,1 16.n 2,44,0 x = − = (vô lý!!!) ⇒ Muối không phải là muối khan mà phải ở dạng ngậm nước: M(NO3)n.aH2O.          = = = ⇒      = = = ⇒        = =+ =++ ⇒ x 2,4M n 0,2 x 3na 0,6ax 0,2nx 2,4Mx 2,4Mx 0,4 2 x 16n). (2M 25,6 18a)x 62n (M n 1 2 3 a 3 6 9 x 0,2 0,1 3 2,0 M 12 (loại) 24 (Mg) 36 (loại) ⇒ muối X là: Mg(NO3)2.6H2O. Dạng 2: Muối ngậm nước mà có sự thay ñổi số oxi hoá của kim loại trong muối Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn a gam kim loại M trong dung dịch HCl dư, thu ñược dung dịch A và 1,64 lít khí B (ño ở 27oC, 1,5atm). Chia A thành 2 phần bằng nhau.
Cho phần thứ nhất tác dụng hoàn toàn với dung dịch KOH dư, thu ñược kết tủa C. Nung C trong không khí ở nhiệt ñộ cao tới khối lượng không ñổi, thu ñược (b + 2,4) gam chất rắn D. Hòa tan D trong H2SO4 dư ñược dung dịch E. Xử lý dung dịch E ở ñiều kiện thích hợp thu ñược 28,1 gam một muối X duy nhất.
Xử lý phần thứ hai chỉ thu ñược một muối Y duy nhất với khối lượng 19,9 gam. Xác ñịnh công thức của X, Y. Biết a = 2b. Giải: Sơ ñồ biến ñổi: M dd B ↓C D dd E X 1,64 lit A (27oC, 1,5atm) Y 19,9 gam HCl d− a gam (b+2,4) gam 28,1 gam H2SO4 Chia 2 OH- to Theo bài ra: (mol) 0,2 3000,082 1,51,64 n 2H = × × =∑ Vậy: M ↓C M2Om 0,1 mol H2 HCl d− b gam (b+2,4) gam OH- to M b gam HCl d− MCln (*) (**) Gọi x là số mol của b gam M. Áp dụng ñịnh luật bảo toàn e với quá trình (*), ta có: Tổng số mol e nhường: n.x (mol) Tổng số mol e nhận: 0,1.2 = 0,2 (mol) ⇒ nx = 0,2 (1) Cũng áp dụng ñịnh luật bảo toàn e với (**), ta có: Tổng số mol e nhường = mx (mol) Tổng số mol e nhận = (mol) 0,32 16 2,4 =× ⇒ mx = 0,3 (2) Từ (1) và (2) ⇒ m : n = 3 : 2 Hay: m = 3; n = 2; x = 0,1. Suy ra: nX = 0,05 (mol); nY = 0,1 (mol) ⇒ MX = 56205,0 1,28 = ; MY = 1991,0 9,19 = Nếu X là M2(SO4)3; Y là MCl2 thì: MX = 2M + 96.3 = 562 ⇒ M = 137 MY = M + 35,5.2 = 199 ⇒ M = 128 (vô lý!) Vậy X phải có dạng: M2(SO4)3.αH2O ⇒ 2M + 96.3 + 18α = 562 ⇒ 2M + 18α = 274 Y phải có dạng: MCl2.βH2O ⇒ M + 35,5.2 + 18β = 199 ⇒ M + 18β = 128 Từ ñó ta có: α = 2β + 1. Mặt khác: 15,22 18 274 α =< ; 7,11 18 128 β =< Lập bảng: β 1 2 3 4 5 6 α 3 5 7 9 11 13 M 110 (loại) 92 (loại) 74 (loại) 56 (Fe) 38 (loại) 20 (loại) Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 3/4 - Vậy: α = 9; β = 4; M là Fe. X là Fe2(SO4)3.9H2O; Y là FeCl2.4H2O. Dạng 3: Muối kép ngậm nước Ví dụ 4: ðể xác ñịnh công thức của muối kép A người ta tiến hành các thí nghiệm sau:
Lấy 9,64 gam muối A hòa tan vào nước, sau ñó cho tác dụng với BaCl2 dư, thu ñược 9,32 gam kết tủa bền của một chất B duy nhất, không tan trong HNO3.
Lấy 9,64 gam muối A hòa tan vào nước, sau ñó cho tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư (có ñun nhẹ) ñược kết tủa C và khí D có khả năng làm xanh quỳ ẩm. Nung kết tủa C trong không khí ñến khối lượng không ñổi thu ñược 10,92 gam chất rắn E. Cho tất cả khí D hấp thụ vào 200 ml dung dịch H2SO4 0,1M. ðể trung hòa lượng axit dư cần dung 200 ml dung dịch NaOH 0,1M. Xác ñịnh công thức muối A, biết kim loại trong A không bị thay ñổi số oxi hoá trong các phản ứng trên. Giải: Theo bài ra ta có kết tủa B là BaSO4. ⇒ (mol) 0,04 233 9,32 n 2 4SO ==∑ − Khí D là NH3. Mà øng nph¶ NHd− H 3 n (mol) 0,02 0,1 0,2n ==×=+ ⇒ Trong 9,64 gam muối A có 0,02 mol ion + 4NH . Gọi kim loại trong A là R. Chất rắn E bao gồm BaSO4 và oxit RxOy. (mol) 0,04nm BBaSO4 == ⇒ (gam) 1,609,3210,92m yxOR =−= Nếu muối A là muối khan thì trong 9,64 gam A có: mR = 9,64 – (96.0,04 + 18.0,02) = 5,44 (gam) ðiều này là vô lý, vì gam. 1,60m yxOR = Vậy A phải là muối ngậm nước! Gọi A là: p(NH4)2SO4.qRx(SO4)y.αH2O, n là số mol của 9,64 gam A, ta có: 2pn = 0,02 ⇒ pn = 0,01 (p + qy)n = 0,04 ⇒ qyn = 0,03 Và: (qRx + 18α)n = 5,44 (gam) Mặt khác: qn(Rx + 16y) = 1,60 ⇒ qnRx = 1,12 (gam) ⇒       ×= x yR 3 112 Lập bảng: x 2 1 2 1 y 1 1 3 2 R 18,67 (loại) 37,33 (loại) 56 (Fe) 74,67 (loại) Vậy R là Fe, x = 2, y = 3, q = p. Chọn p = q = 1 ⇒ n = 0,01 thì muối A có dạng: (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.αH2O .24964 01,0 64,9 =⇒== αAM ⇒ Muối A là: (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O Nhận xét: Qua những ví dụ ñã xét ở trên chúng ta thấy nhìn chung các bài toán này ñều quy về việc giả thiết muối là khan ⇒ ñiều vô lý ⇒ muối phải tồn tại ở dạng ngậm nước! Các bài tập có thể ở dạng ñơn giản (dạng 1) hay phức tạp (dạng 2 và 3). ðiều cần chú ý là khi giải toán bao giờ chúng ta cũng phải xét hai trường hợp: một là, kim loại trong muối không có sự thay ñổi số oxi hoá; và hai là có sự thay ñổi số oxi hoá của kim loại trong muối trong các quá trình biến ñổi, các bài toán này thường liên quan ñến các kim loại chuyển tiếp như Fe hay Cr. Ngoài ra khi biện luận cũng cần phải chú ý là tùy từng muối mà hệ số của nước kết tinh có thể là số nguyên, bán nguyên hay thập phân (xem bảng 1). Sau ñây là một số bài tập tham khảo: Bài 1: Nung 8,08 gam một muối A thu ñược sản phẩm khí và 1,6 gam một hợp chất rắn B không tan trong nước. Ở ñiều kiện thích hợp, nếu cho sản phẩm khí ñi qua 200 gam dung dịch NaOH 1,2% ở ñiều kiện xác ñịnh thì thấy phản ứng xảy ra vừa ñủ và thu ñược một dung dịch chỉ chứa một muối duy nhất có nồng ñộ 2,47%. Xác ñịnh công thức phân tử của muối A, biết rằng khi nung muối A thì kim loại trong A không biến ñổi số oxi hoá. Bài 2: ðốt cháy hoàn toàn 4,4 gam một sunphua kim loại MS (M có các số oxi hoá +2 và +3 trong các hợp chất) trong lượng dư O2. Chất rắn thu ñược sau phản ứng ñược hòa tan Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 4/4 - hoàn toàn trong lượng vừa ñủ dung dịch HNO3 37,8%. Nồng ñộ % của muối trong dung dịch thu ñược là 41,7%. Khi làm lạnh dung dịch này thì có 8,08 gam muối ngậm nước X tách ra và nồng ñộ % của muối trong dung dịch giảm xuống còn 34,7%. Xác ñịnh công thức phân tử của muối X. Bài 3: ðể xác ñịnh công thức của muối kép X người ta tiến hành các thí nghiệm:
Hòa tan 47,4 gam X vào nước, thu ñược dung dịch Y. Chia Y thành 2 phần bằng nhau:  Cho phần 1 tác dụng với dung dịch BaCl2 dư, thu ñược 23,3 gam kết tủa A.  Thêm NH3 dư vào phần 2 ñược kết tủa B, nung B trong chân không ñến khối lượng không ñổi thu ñược 25,5 gam chất rắn.
Lấy 47,4 gam X ñem nung nóng ở nhiệt ñộ 120oC chỉ thu ñược 21,6 gam hơi của một chất duy nhất. Xác ñịnh công thức của muối X, biết rằng trong X có chứa một kim loại kiềm. Bảng 1 dưới ñây chỉ ra công thức phân tử của một số muối ñơn và muối kép thường gặp trong chương trình phổ thông. Trong bài viết này chúng tôi ñã ñề cập ñến một số bài tập có liên quan ñến vấn ñề muối ngậm nước. Hi vọng nó sẽ mang lại cho các bạn yêu thích môn hóa học những ñiều mới mẻ về một dạng bài tập vốn ñã rất quen thuộc, bài tập về muối. Trên ñây chúng tôi mới chỉ sưu tầm và bước ñầu thiết kế ñược một số bài tập thuộc dạng này. Mong rằng các bạn hãy cùng chúng tôi thiết kế ra nhiều hơn nữa những bài tập thuộc dạng này, góp phần làm phong phú hơn các dạng bài tập hóa học trong chương trình phổ thông. Bảng 1. Một số muối ñơn và muối kép thường gặp CuSO4.5H2O FeCl3.6H2O MgCl2.6H2O CuCl2.2H2O Fe(NO3)3.9H2O MgSO4.7H2O Cu(NO3)2.6H2O Cr2(SO4)3.6H2O Mg(NO3)2.6H2O Al2(SO4)3.18H2O CrCl3.6H2O NiCl2.6H2O AlCl3.6H2O CrCl2.4H2O Ni(NO3)2.7H2O Al(NO3)3.9H2O ZnSO4.7H2O KAl(SO4)2.12H2O FeSO4.7H2O ZnCl2.1,5H2O KCr(SO4)2.12H2O Fe2(SO4)3.9H2O CdCl2.2,5H2O Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O FeCl2.4H2O CdSO4.2,67H2O (NH4)2SO4.Fe2(SO4)3.24H2O