Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện lý

Trang chủ Hóa Học [CHUẨN NHẤT] Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li

Cỡ chữ

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li là một trong những phản ứng hóa học thường gặp, cùng với các phản ứng khác như phản ứng oxi hóa khử, phản ứng thế hay phản ứng phân hủy, …

Top đề thi sẽ giúp các em hiểu bản chất của phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li, điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion và viết được phương trình ion của phản ứng.

Lý thuyết trọng tâm.

1. Bản chất

– Bản chất của phản ứng xảy ra trong dung dịch các chất điện li là phản ứng giữa các ion.

2. Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi

– Điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li là trong sản phẩm phản ứng phải có ít nhất một trong các điều kiện tạo thành:

+ Chất kết tủa.

+ Chất điện li yếu.

+ Chất khí.

VD: Trường hợp tạo kết tủa:

AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3

VD : Trường hợp tạo chất khí :

2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 ↑ + H2O

VD : Trường hợp tạo chất điện li yếu :

HCl + CH3COONa → CH3COOH + NaCl

3. Các hình thức biểu diễn phản ứng trao đổi ion.

– Phương trình phân tử :

Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3 + 2NaCl

– Phương trình ion:

(Các chất điện li mạnh viết dạng ion, các chất điện li yếu, kết tủa viết dạng phân tử) :

2Na+ + CO32- + Ba2+ + 2Cl– → BaCO3 + 2Na+ + 2Cl–

– Phương trình ion thu gọn (bỏ các ion giống nhau ớ hai vế):

Ba2++ CO32- → BaCO3↓

Phương pháp giải một số dạng bài tập về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

Dạng 1

Lý thuyết về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

* Một số lưu ý cần nhớ:

– Phản ứng xảy ra trong dung dịch các chất điện li là phản ứng giữa các ion

– Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li chỉ xảy ra khi các ion kết hợp với nhau tạo thành ít nhất một trong các chất sau: Chất kết tủa, chất khí hay chất điện li yếu

– Một số đặc điểm về phản ứng thủy phân muối:

+ Muối của kim loại mạnh và gốc axit mạnh là muối có môi trường trung tính (pH = 7)

VD: NaCl, BaCl2, K2SO4…

+ Muối của kim loại mạnh và gốc axit yếu là muối có môi trường bazo (pH > 7)

VD: Na2CO3,K2S, CH3COONa…

+ Muối của kim loại yếu và gốc axit mạnh là muối có môi trường axit (pH < 7)

VD: NH4Cl , ZnCl2, Al2(SO4)3…

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Cho phản ứng NaOH + HCl → NaCl + H2O. Phản ứng hóa học nào sau đây có cùng phương trình ion thu gọn với phản ứng trên?

A. 2KOH + FeCl2 → Fe(OH)2 + 2KCl.

B. NaOH + NH4Cl → NaCl + NH3 + H2O.

C. KOH + HNO3 → KNO3 + H2O.

D. NaOH + NaHCO3 → Na2CO3 + H2O.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Phương trình ion rút gọn của phản ứng NaOH + HCl → NaCl + H2O là:

OH– + H+ → H2O

A. 2OH– + Fe2+ → Fe(OH)2

B. OH– + NH4+ → NH3 + H2O

C. OH– + H+ → H2O

D. OH– + HCO3– → CO32- + H2O

Đáp án C.

Ví dụ 2: Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li chỉ xảy ra khi

A. các chất phản ứng phải là chất điện li mạnh.

B. một số ion trong dung dịch kết hợp được với nhau làm giảm nồng độ ion của chúng.

C. các chất phản ứng phải là những chất dễ tan.

D. phản ứng phải là thuận nghịch.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li chỉ xảy ra khi một số ion trong dung dịch kết hợp được với nhau làm giảm nồng độ ion của chúng.

Đáp án B.

Ví dụ 3: Trong các cặp chất cho dưới đây, cặp chất nào có thể cùng tồn tại trong một dung dịch?

A. AlCl3 và CuSO4.

B. NH3 và AgNO3.

C. Na2ZnO2 và HCl.

D. NaHSO4 và NaHCO3.

Hướng dẫn giải chi tiết:

B. AgNO3 + H2O + 3NH3 → NH4NO3 + (Ag(NH3)2)OH

C. Na2ZnO2 + 2HCl → 2NaCl + Zn(OH)2

Nếu HCl dư : Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O

D. NaHCO3 + NaHSO4 → H2O + Na2SO4 + CO2

Đáp án A

Ví dụ 4: Cặp chất nào sau đây không thể tồn tại trong một dung dịch?

A. NaClO và AlCl3.

B. NaOH và KCl.

C. KNO3 và HCl.

D. Ba(OH)2 và AlCl3.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Ba(OH)2 và AlCl3 không thể cùng tồn tại trong một dung dịch vì chúng phản ứng với nhau:

3Ba(OH)2 + 2AlCl3 → 3BaCl2 + 2Al(OH)3↓

Đáp án D

Ví dụ 5: Cho các phản ứng hoá học sau:

(1) (NH4)2SO4 + BaCl2

(2) CuSO4 + Ba(NO3)2

(3) Na2SO4 + BaCl2

(4) H2SO4 + BaSO3

(5) (NH4)2SO4 + Ba(OH)2

(6) Fe2(SO4)3 + Ba(NO3)2

Các phản ứng đều có cùng phương trình ion rút gọn là

A. (1), (2), (3), (6).

B. (1), (3), (5), (6).

C. (2), (3), (4), (6).

D. (3), (4), (5), (6).

Hướng dẫn giải chi tiết:

(1) SO42- + Ba2+ → BaSO4

(2) SO42- + Ba2+ → BaSO4

(3) SO42- + Ba2+ → BaSO4

(4) 2H+ + SO42- + BaSO3 → BaSO4 + SO2 + H2O

(5) 2NH4+ + SO42- + Ba2+ + OH– → BaSO4 + NH3 + H2O

(6) SO42- + Ba2+ → BaSO4

=> Các phản ứng có cùng phương trình ion rút gọn là: (1), (2), (3), (6).

Đáp án A

Dạng 2

Bài toán về bảo toàn điện tích để tính lượng chất có trong dung dịch

* Một số lưu ý cần nhớ:

– Nội dung định luật bảo toàn điện tích: Trong một dung dịch, tổng giá trị điện tích âm bằng tổng giá trị điện tích dương

=> Tổng số mol ion dương . giá trị điện tích dương = Tổng số mol ion âm . giá trị điện tích âm.

VD: Xét dung dịch có chứa 0,1 mol MgCl2

Xét 0,1 mol MgCl2 có chứa 0,1 mol Mg2+ và 0,2 mol Cl– thỏa mãn định luật bảo toàn điện tích.

Ta có: n Mg2+ . giá trị điện tích ion Mg2+ = 0,1 . 2

n Cl– . giá trị điện tích ion Cl– = 0,2 . 1

=> n Mg2+ . giá trị điện tích ion Mg2+ = n Cl– . giá trị điện tích ion Cl–

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Một cốc nước có chứa a mol Ca2+, b mol Mg2+, c mol Cl–, d mol HCO3–. Hệ thức liên hệ giữa a, b, c, d là :

A. 2a+2b=c-d.

B. a+b=c+d.

C. 2a+2b=c+d.

D. a+b=2c+2d.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:\(2{n_{C{a^{2 + }}}} + 2{n_{M{g^{2 + }}}} = n{}_{C{l^ – }} + {n_{HC{O_3}^ – }} \Rightarrow 2{\rm{a}} + 2{\rm{b}} = {\rm{c}} + {\rm{d}}\)

Đáp án C.

Ví dụ 2: 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. 0,01 và 0,03.

B. 0,02 và 0,05.

C. 0,05 và 0,01.

D. 0,03 và 0,02.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích, tổng giá trị điện tích âm bằng tổng giá trị điện tích dương

=> 0,02 . 2 + 0,03 . 1 = x .1 + y . 2 (I)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m Cu + m K + m Cl + m SO4 = 5,435

=> 0,02 . 64 + 0,03 . 39 ++ 35,5x + 96y = 5,435 (II)

Từ (I) và (II) => x = 0,03; y = 0,02

Đáp án D

Ví dụ 3: Cho 22,4 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?

Hướng dẫn giải chi tiết:

– Muối thu được chứa: Na+; K+; Cl−

\(- {n_{BaC{O_3} \downarrow }} = {\text{ }}0,2(mol){\text{ }} = > {n_{B{a^{2 + }}}} = {\text{ }}{n_{C{O_3}^{2 – }}} = {\text{ }}0,2{\text{ }}(mol)\)

\(= > {n_{C{l^ – }}} = {\text{ }}2{n_{B{a^{2 + }}}} = {\text{ }}0,4{\text{ }}(mol)\)

\(-{m_{hh}} = {m_{N{a^ + }}} + {\text{ }}{m_{{K^ + }}}{\text{ }} + {\text{ }}{m_{C{O_3}^{2 – }}}\)

\(= > {m_{N{a^ + }}} + {m_{{K^ + }}} = {\text{ }}2,24 – 0,2.60{\text{ }} = {\text{ }}10,4{\text{ }}(g)\)

\(= > {m_{muối{\text{ }}clorua}} = {\text{ }}10,4 + 0,4.35,5{\text{ }} = {\text{ }}24,6{\text{ }}(g)\)

Dạng 3

Sử dụng phương trình ion rút gọn để tính toán lượng chất trong dung dịch

* Một số lưu ý cần nhớ:

Để làm được loại bài tập này, các em chỉ cần viết phương trình ion rút gọn

=> Từ phương trình ion, áp dụng thêm định luật bảo toàn điện tích, bảo toàn nguyên tố, …..

=> lượng các ion theo yêu cầu của đề bài

* Một số ví dụ điển hình:

Ví dụ 1: Trộn 250 ml dung dịch chứa hỗn hợp HCl 0,08M và H2SO4 0,01M với 250 ml dung dịch NaOH aM thu được 500 ml dung dịch có pH = 12. Giá trị a là :

A. 0,13M.

B. 0,12M.

C. 0,14M.

D. 0.10M.

Hướng dẫn giải chi tiết:

Tổng số mol ion H+ trong dung dịch axit là :

\({n_{{H^ + }}} = {n_{HCl}} + 2{n_{{H_2}S{O_4}}} = 0,25.0,08 + 2.0,01.0,25 = 0,025\,\,mol.\)

Tổng số mol ion OH– trong dung dịch bazơ là :

\({n_{O{H^ – }}} = {n_{NaOH}} = 0,25a\,\,mol.\)

Dung dịch sau phản ứng có pH = 12, suy ra có pOH = 2, suy ra dung dịch sau phản ứng còn bazơ dư, [OH– dư] = 10-2M = 0,01M.

Phương trình phản ứng :

\({H^ + }\,\,\,\,\,\,\,\,\, + \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,O{H^ – }\,\,\,\,\,\,\,\, \to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,{H_2}O\) (1)

mol: 0,025 → 0,025

Theo (1) và giả thiết ta thấy sau phản ứng số mol OH– dư là (0,25a – 0,025) mol.

Nồng độ OH– dư là : \(\frac{{0,25a – 0,025}}{{0,25 + 0,25}} = 0,01 \Rightarrow a = 0,12.\)

Ví dụ 2: Dung dịch X chứa các ion: Fe3+ ; SO42 ; NH4+; Cl−. Chia dung dịch thành 2 phần bằng nhau:

– Phần 1: Cho tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH , đun nóng thu được 0,672 lít khí ở đktc và 1,07 gam kết tủa.

– Phần 2: Tác dụng với lượng dư dung dịch BaCl2 thu được 4,66 gam kết tủa.

Tổng khối lượng các muối khan thu được khi cô cạn dung dịch X là (quá trình cô cạn chỉ có nước bay hơi)

Hướng dẫn giải chi tiết:

– Phần 1: nNH3 = 0,03 mol; nFe(OH)3 = 0,01 mol => nFe3+ = 0,01 mol

NH4+ + OH– → NH3 + H2O

nNH4+ = nNH3 = 0,03 mol

Phần 2: nBaSO4 = 0,02 mol => nSO4 = 0,02 mol

– Bảo toàn điện tích:

\(3.{n_{F{e^{3 + }}}} + {\text{ }}1.{n_{NH_4^ + }}\)\(= {\text{ }}2.{n_{SO_4^{2 – }}} + {\text{ }}1.{n_{C{l^ – }}}\)

=> 3.0,01 + 1.0,03 = 2.0,02 + nCl- => nCl- = 0,02 mol

– Bảo toàn khối lượng (trong 1 phần)

\({m_{F{e^{3 + }}}} + {\text{ }}{{\text{m}}_{NH_4^ + }}{\text{ + }}{{\text{m}}_{SO_4^{2 – }}} + {\text{ }}{{\text{m}}_{C{l^ – }}}\)

\(= 0,01.56 + 0,03.18 + 0,02.96 + 0,02.35,5 = 3,73\,\,gam\)

=> cô cạn dung dịch X thu được:

mmuối = 2.3,73 = 7,46 gam

Ví dụ 3: Trộn dung dịch chứa Ba2+ ; OH− 0,06 mol và Na+ 0,02 mol với dung dịch HCO3− 0,04 mol; CO32− 0,03 mol và Na+. Khối lượng kết tủa thu được sau khi trộn là:

Hướng dẫn giải chi tiết:

– \(BTDT:2{n_{B{a^{2 + }}}} + {n_{N{a^ + }}} = {n_{O{H^ – }}}\)

\( = > {\text{2}}{\text{.}}{{\text{n}}_{B{a^{2 + }}}}{\text{ + 1}}{\text{.0}}{\text{,02 = 1}}.{\text{0}},{\text{06 = }} > {{\text{n}}_{B{a^{2 + }}}}{\text{ }} = {\text{ }}0,02(mol)\)

\(- {\text{ HCO}}_3^ – {\text{ }} + {\text{ }}O{H^ – }{\text{ }}\xrightarrow{{}}{\text{ }}C{O_3}^{2 – }{\text{ }} + {\text{ }}{H_2}O\)

=> \({n_{C{O_3}^{2 – }}}=0,07\) => \({n_{C{O_3}^{2 – }}}\) > nBa2+

\({n_{Ba}}_{C{O_3}} = {n_{B{a^{2 + }}}} = 0,02mol\)

\(= > {m_{BaC{O_3} \downarrow }}{\text{ }} = {\text{ }}0,02.197{\text{ }} = 3,94(g)\)

Trên đây là toàn bộ lý thuyết và phân dạng cũng như hướng dẫn giải bài tập về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch. Top đề thi mong muốn giúp các em học sinh hiểu rõ hơn. Về cơ bản, các em có thể giải được các bài toán liên quan đến phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li. Chúc các bạn gặt hái được nhiều thành công.

Với việc tôi yêu thích, đam mê công nghệ và với mong muốn chia sẻ những kiến thức học tập bổ ích đến tất cả các bạn học sinh. Chính vì điều đó mà Top Đề Thi được thành lập và sẽ là nơi lan tỏa, nơi giúp bạn vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập.