Vận dụng định luật bảo toàn điện tích trong giải bài tập phần dung dịch

VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH TRONG GIẢI BÀI TẬP PHẦN DUNG DỊCH Với các bài tập phần dung dịch, để tiết kiệm thời gian giải, trong quá trình giải chúng ta có thể áp dụng một tính chất quan trọng của dung dịch là luôn trung hòa về điện. Dưới đây là một số dạng toán hay gặp trong phần dung dịch mà có thể áp dụng định luật bảo toàn điện tích để giải nhanh. I. CỞ SỞ Dung dịch luôn trung hòa về điện nên: Hay:  Với nđt = số mol ion x số đơn vị điện tích của ion đó. II. CÁC DẠNG TOÁN HAY GẶP Dạng 1: Áp dụng thuần túy định luật bảo toàn điện tích Ví dụ 1: Dung dịch X có chứa 0,1 mol Na+, 0,15 mol Mg2+, 0,2 mol Cl- và x mol SO42-. Giá trị của x là?      A. 0,1     B. 0,05    C. 0,025     D. 0,2 Hướng dẫn      Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 0,1.1 + 0,15.2 = 0,2.1 + x. 2 → x = 0,1 Ví dụ 2: 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 5,6 lit khí H2 (đktc). Để kết tủa phản ứng hoàn toàn với dung dịch Y cần vừa đủ 300ml NaOH 2M. Thể tích dung dịch HCl đã dùng là:      A. 0,2 lít    B. 0,24 lít    C. 0,3 lít      D. 0,4 lít Hướng dẫn      Dung dịch Y chứa Mg2+, Fe2+, H+ dư (nếu có), Cl-. Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ thì dung dịch thu được sau phản ứng chỉ còn lại Na+ và Cl-. Áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho dung dịch này ta có: Ví Dụ 3: 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 thu được lượng kết tủa lớn nhât. Giá trị của V  là      A. 0,15   B. 0,3      C. 0,2        D. 0,25 Hướng dẫn      Vì cả bà ion Mg2+, Ca2+ và Ba2+ đều tạo kết tủa với CO32- nên đến khi được kết tủa lớn nhất thì dung dịch chỉ chứa K+, Cl-, và NO3-. Áp dụng định luật bảo toàn toàn điện tích ta có: Dạng 2: Kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng Ví Dụ 1 (CĐ07): Một dung dịch chứa 0,02 mol Cu2+, 0,03 mol K+, x mol Cl- và y mol . Tổng khối lượng các muối tan có trong dung dịch là 5,435 gam. Giá trị của x và y lần lượt là:      A. 0,01 và 0,03.      B. 0,05 và 0,01.        C. 0,03 và 0,02.   D. 0,02 và 0,05 Hướng dẫn - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 0,02.2+0,03.1 = x.1 + y.2 (1) - Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:      Giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta được: x = 0,03; y = 0,02 Ví dụ 2: Chia hỗn hợp X gồm 2 kim loại có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau. Phần 1: Hòa tan hoàn 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. 1,56g       B. 2,4g       C. 1,8g      D. 3,12g Hướng dẫn Nhận xét: Tổng số mol điện tích ion dương (của 2 kim loại) ở 2 phần là bằng nhau. Suy ra, tổng số mol điện tích ion âm ở 2 phần cũng bằng nhau. Mà       Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho phản ứng ở phần 2: → Khối lượng hỗn hợp X = 2.1,56 = 3,12 (gam) Dạng 3: Kết hợp với bảo toàn nguyên tố Ví Dụ : 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 → dung dịch sau phản ứng chứa: Fe3+: x mol; Cu2+: 0,09; SO42-: (x + 0,045) mol - Áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng ta có: 3x + 2.0,09 = 2(x + 0,045) → x = 0,09 Dạng 4: Kết hợp với việc viết phương trình ở dạng ion thu gọn Ví Dụ : Cho hòa tan hoàn toàn 15,6 gam hỗn hợp gồm Al và Al2O3 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 là:      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: Khi cho HCl vào 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 do đó theo (1), (2): III. BÀI TẬP ÁP DỤNG      Trong đề thi ĐH-CĐ 2010, có khá nhiều câu có thể giải bằng phương pháp này, dưới đây là một số thí dụ. Bài 1:  (ĐH2010A) Dung dịch X có chứa: 0,07 mol Na+; 0,02 mol  và x mol OH-. Dung dịch Y có chứa  và y mol H+; tổng số mol  và  là 0,04. Trộn X và Y được 100 ml dung dịch Z. Dung dịch Z có pH (bỏ qua sự điện li của H2O) là      A. 1        B. 2        C. 12          D. 13 Hướng dẫn giải Bảo toàn điện tích với dung dịch X và Y: + Dung dịch X: 0,07.1=0,02.2+x → x = 0,03 + Dung dịch Y: 0,04.1=y.1 → y = 0,04      Trộn dung dịch X với dung dịch Y xảy ra phản ứng: H+ + OH- = H2O      Số mol H+ dư:  →  Bài 2:  (ĐH2010B) Đốt cháy hoàn toàn m gam FeS2 bằng một lượng O2 vừa đủ, thu được khí X. Hấp thụ hết X vào 1 lít dung dịch chứa Ba(OH)2 0,15M và KOH 0,1M, thu được dung dịch Y và 21,7 gam kết tủa. Cho Y vào dung dịch NaOH, thấy xuất hiện thêm kết tủa. Giá trị của m là      A. 23,2    B. 12,6    C. 18,0     D. 24,0 Hướng dẫn giải       Do cho Y vào dung dịch NaOH thấy xuất hiện kết tủa nên phản ứng giữa OH- và SO2 tạo ra cả SO32- và HSO3-. + Bảo toàn điện tích: + Bảo toàn nguyên tố: Bài 3:  (ĐH2010B) dung dịch X chứa các ion: Ca2+, Na+,  và , trong đó số mol của ion  là 0,1. Cho 1/2 dung dịch X phản ứng với dung dịch NaOH (dư), thu được 2 gam kết tủa. Cho 1/2 dung dịch X còn lại phản ứng với dung dịch Ca(OH)2 (dư), thu được 3 gam kết tủa. Mặt khác, nếu đun sôi đến cạn dung dịch X thì thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m là      A. 9,21    B. 9,26    C. 8,79     D. 7,47 Hướng dẫn giải + Từ giả thiết: 1/2 dung dịch X nếu thêm Ca(OH)2 thì thu được lượng kết tủa nhiều hơn khi thêm NaOH nên khi thêm NaOH, Ca2+ trong dung dịch thiếu không đủ kết tủa hết CO32- tạo ra do phản ứng: OH- + HCO3- → CO32- + H2O →  + Khi thêm dung dịch Ca(OH)2 dư vào 1/2 X: Áp dụng bảo toàn điện tích: Khi cô cạn xảy ra phản ứng: 2 CO+ CO2 + H2O            0,06               0,03 Áp dụng bảo toàn khối lượng: Bài 4:  (CĐ10) Cho 29,8 gam hỗn hợp bột gồm Zn và Fe vào 600 ml dung dịch CuSO4 0,5M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và 30,4 gam hỗn hợp kim loại. Phần trăm về khối lượng của Fe trong hỗn hợp ban đầu là      A. 56,37%                    B. 37,58%      C. 64,42%                     D. 43,62% Hướng dẫn giải      Sau phản ứng thu được hỗn hợp kim loại có khối lượng lớn hơn khối lượng hỗn hợp kim loại ban đầu mà nếu chỉ có Zn phản ứng thì khối lượng kim loại giảm. Chứng tỏ Fe đã phản ứng.      Gọi số mol Zn là x và số mol Fe phản ứng là y ta có khối lượng chất rắn sau phản ứng:      Bảo toàn điện tích với dung dịch sau phản ứng (chứa x mol Zn2+, y mol Fe2+, SO42-):      Giải (*) và (**) ta được x = 0,2; y = 0,1  Bài 5:  (ĐH2010B) Nung 2,23 gam hỗn hợp X gồm các kim loại Fe, Al, Zn, Mg trong oxi, sau một thời gian thu được 2,71 gam hỗn hợp Y. Hòa tan hoàn toàn Y vào dung dịch HNO3 (dư), thu được 0,672 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Số mol HNO3 đã phản ứng là      A. 0,12.   B. 0,14.   C. 0,16.      D. 0,18. Hướng dẫn giải       Fe0 → Fe3+ + 3e          N+5 + 3e → N+2       Al0 → Al3+ + 3e           O20 + 4e → 2O-2       Zn0 → Zn2+ + 2e + Bảo toàn khối lượng: + Bảo toàn điện tích với dd muối:       Mà = →  + Bảo toàn nguyên tố N: IV. BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 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     D. 2a + b = 2c + d Bài 2: 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; 0,6M      B. 0,1M; 0,1M; 0,2M      C. 0,3M; 0,3M; 0,2M      D. 0,3M; 0,2M; 0,2M Bài 3: Dung dịch Y chứa Ca2+ 0,1mol; Mg2+ 0,3mol; Cl- 0,4mol; HCO3- y mol. Khi cô cạn dung dịch Y thì được muối khan thu được là:      A. 37,4g   B. 49,8g            C. 25,4g                       D. 30,5g Bài 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 Bài 5: 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. 2,66g    B 22,6g    C. 26,6g      D. 6,26g