HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VỀ SỰ ĐIỆN LI
Để làm tốt bài tập về sự điện li thì các em cần nắm được các vấn đề theo trình tự sau:
1. Cần nắm chắc chất nào là chất điện li mạnh, chất nào là chất điện li yếu.
* Chất điện li mạnh là những chất khi tan trong nước các phân tử hòa tan đều phân li thành ion.Quá trình điện li của chất điện li mạnh là 1 chiều nên khi tính toán số mol/nồng độ mol ta tính như phản ứng 1chiều.Chất điện li mạnh thường là axít mạnh(HNO3,H2SO4,HCl,…); bazơ kiềm; kiềm thổ hay còn gọi là những bazơ tan như NaOH,KOH,Sr(OH)2,… ; muối tan tốt như Na2CO3,KCl,KNO3,…
* Chất điện li yếu là những chất khi tan trong nước chỉ có 1 phần phân tử hòa tan phân li thành ion, phần còn lại vẫn tồn tại ở dạng phân tử. Quá trình điện li của chất điện li yếu là thuận nghịch nên tính toán như cân bằng hóa học. Chất điện li yếu thường là axít yếu như CH3COOH, H2CO3, HNO2,…; bazơ yếu hay còn gọi là những bazơ kết tủa như Fe(OH)3,Fe(OH)2,…; muối kết tủa như BaSO4,MgCO3,…
2. Viết được các phương trình điện li:
2.1. Phương trình điện li của chất liện li mạnh:
- HCl → H+ + Cl-
- H2SO4 → 2H+ + SO42-
- NaOH → Na+ + OH-
- Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH-
- NaCl → Na+ + Cl-
- CaCl2 → Ca2+ + 2Cl-
- Al2(SO4)3 → 2Al3+ + 3SO42-
=> Khối lượng chất tan trong dung dịch: mct = mcation + manion
2.1. Phương trình điện li của chất liện li yếu:
* CH3COOH ⇔H+ + CH3COO-
* H2S ⇔H+ + HS- ;
HS- ⇔H+ + S2-
* H3PO4 ⇔H+ + H2PO4-
H2PO4- ⇔H+ + HPO42-
HPO22- ⇔H+ + PO43-
* Al(OH)3 ⇔Al3+ + 3OH-
* Zn(OH)2 ⇔Zn2+ + 2OH-
* Al(OH)3 ⇔H3O+ + AlO2-
* Zn(OH)2 ⇔2H+ + ZnO22-
3. Nắm chắc khái niệm về dung dịch, các thành phần tạo nên dung dịch, các đại lượng về dung dịch và công thức tính toán liên quan đến dung dịch:
* Dung dịch bao gồm dung môi và chất tan (dung môi thường dùng là H2O)
=> Khối lượng dung dịch:
mdd = mct + mnước = Vdd.D
mdd: khối lượng dung dịch
mct: khối lượng chất tan
Vdd: thể tích dung dịch (ml)
D: khối lượng riêng của dung dịch (gam/ml)
(Với H2O thì D = 1).
* Tính nồng độ % của dung dịch: C%=mctmdd.100
* Tính nồng độ mol: CM=nV
n: số mol chất tan
V: thể tích dung dịch (lít)
=> Nồng độ mol các ion theo phương trình điện li:
Ví dụ: Hòa tan hỗn hợp gồm NaOH x mol/lit và H2SO4 y mol/lit vào nước thì ta có dung dịch chứa các ion là
NaOH → Na+ + OH-
mol/lit: x x x
H2SO4 → 2H+ + SO42-
mol/lit: y 2y y
4. Đối với axit – bazơ ngoài khái niệm cơ bản thì cần biết cách tính pH
* Đối với axít: pH = -lg[H+]
* Đối với bazơ: pH = -lg(10-14/ [OH-])
Ví dụ 1: Tính pH của dung dịch chứa 1,46 gam HCl trong 400 ml .
nHCl = 1,46/36,5 = 0,04 (mol)
HCl → H+ + Cl-
mol: 0,04 0,04
[H+] = 0,04/0,4 = 0,1 (M).
=> pH = – lg[H+] = 1 .
Ví dụ 2: Tính pH của dung dịch chứa 0,4 gam NaOH trong 100 ml .
nNaOH = 0,4/40 = 0,01 (mol) .
NaOH → Na+ + OH- .
mol: 0,01 0,01
[OH-] = 0,01/0,1 = 0,1 (M) .
Ta có : [H+].[OH-] = 10-14
=> [H+] = 10-13 → pH = 13 .
6. Đánh giá chất điện li mạnh hay yếu cần xác định được độ điện li α
α = Số phân tử điện li/ Số phân tử chất tan
= Số mol chất điện li/ Số mol chất hòa tan
= CM điện li/ CM chất tan
AB ⇔ A+ + B-
Ban đầu : a 0 0
Điện li : x x x
Cân bằng : a – x x x (M) .
→ Độ điện li : α = x/a
* α = 1 : chất điện li mạnh
* 0 < α < 1 : chất điện li yếu
* α = 0 : chất không điện li
7. Xác định được khả năng xảy ra phản ứng giữa các ion trong dung dịch:
* Phản ứng giữa các ion xảy ra có điều kiện sản phẩm tạo thành là chất kết tủa hoặc chất khí hoặc chất điện li yếu (H2O được coi là chất điện li yếu)
Ví dụ:
* Trường hợp tạo kết tủa :
AgNO3 + HCl → AgCl ↓ + HNO3
Cl– + Ag+ → AgCl ↓ (phương trình ion)
* Trường hợp tạo chất khí :
2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 ↑ + H2O
2H+ + CO32– → CO2 ↑ + H2O (phương trình ion)
* Trường hợp tạo chất điện li yếu :
+ Phản ứng tạo thành nước :
HCl + NaOH → NaCl + H2O
H+ + OH– → H2O (phương trình ion)
+ Phản ứng tạo thành axit yếu :
HCl + CH3COONa → CH3COOH + NaCl
H+ + CH3COO- → CH3COOH
* Thực chất của phản ứng giữa các ion trong dung dịch là làm giảm số lượng ion trong dung dịch (có thể đếm số lượng ion trước và sau phản ứng để biết chắc chắn phương trình phản ứng có xảy ra hay không).
* Có thể sử dụng bảng tính tan để tham khảo để xác định các phản ứng giữa các ion:
Ví dụ: Một dung dịch Y có chứa các ion Cl-, SO42- , NH4+ . Khi cho 100 ml dung dịch Y phản ứng với 200 ml dung dịch dung dịch Ba(OH)2 thì các phản ứng xảy ra giữa các ion là
Ba2+ + SO42- → BaSO4↓
NH4+ + OH- → NH3↑ + H2O
8. Sử dụng thành thạo các phương pháp giải nhanh thường được dùng trong dung dịch:
8.1. Phương pháp sử dụng sơ đồ đường chéo
Phương pháp được áp dụng vào bài toán trộn lẫn 2 dung dịch có cùng chất tan và bài toán cô cạn hoặc pha loãng dung dịch
Dạng 1: Trộn lẫn hai dung dịch có cùng chất tan :
– Dung dịch 1 : có khối lượng m1, thể tích V1, nồng độ C1 (nồng độ phần trăm hoặc nồng độ mol), khối lượng riêng d1.
– Dung dịch 2 : có khối lượng m2, thể tích V2, nồng độ C2 (C2 > C1 ), khối lượng riêng d2.
– Dung dịch thu được : có khối lượng m = m1 + m2, thể tích V = V1 + V2, nồng độ C
(C1 < C < C2) và khối lượng riêng d.
Sơ đồ đường chéo và công thức tương ứng với mỗi trường hợp là :
a. Đối với nồng độ % về khối lượng :
Trong đó C1, C2, C là nồng độ %
b. Đối với nồng độ mol/lít :
Trong đó C1, C2, C là nồng độ mol/lít
c. Đối với khối lượng riêng :
- Khi sử dụng sơ đồ đường chéo cần chú ý:
– Chất rắn khan coi như dung dịch có C = 100%
– Chất khí tan trong nước nhưng không phản ứng với nước (HCl, HBr, NH3…) coi như dung dịch có C = 100%
– Dung môi coi như dung dịch có C = 0%
– Khối lượng riêng của H2O là d = 1 g/ml.
Ví dụ 1: Để thu được 500 gam dung dịch HCl 25% cần lấy m1 gam dung dịch HCl 35% pha với m2 gam dung dịch HCl 15%. Giá trị m1 và m2 lần lượt là :
A. 400 và 100. B. 325 và 175. C. 300 và 200. D. 250 và 250.
Hướng dẫn giải
Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có :
Mặt khác m1 + m2 = 500 nên suy ra m1 = m2 = 250.
=> Đáp án D.
Ví dụ 2: Để pha được 500 ml dung dịch NaCl 0,9M cần lấy V ml dung dịch NaCl 3M pha với nước
cất. Giá trị của V là :
A. 150 ml. B. 214,3 ml. C. 285,7 ml. D. 350 ml.
Hướng dẫn giải
Gọi thể tích của dung dịch NaCl (C1 = 3M) và thể tích của H2O (C2 = 0M) lần lượt là V1 và .
Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có :
=> Đáp án A.Þ V1 = = 150 ml.
Dạng 2: Cô cạn, pha loãng dung dịch
– Dung dịch 1 : có khối lượng m1, thể tích V1, nồng độ C1 (nồng độ phần trăm hoặc nồng độ mol).
– Sau khi cô cạn hay pha loãng dung dịch bằng nước, dung dịch thu được có khối lượng
m2 = m1 ; thể tích V2 = V1 nồng độ C (C1 > C2 hay C1 < C2).
a. Đối với nồng độ % về khối lượng :
b. Đối với nồng độ mol/lít :
Ví dụ 1: Từ 20 gam dung dịch HCl 40% và nước cất pha chế dung dịch HCl 16%. Khối lượng nước (gam) cần dùng là :
A. 27. B. 25,5. C. 54. D. 30.
Hướng dẫn giải
Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có :
=> Đáp án D.
Ví dụ 2: Cần bao nhiêu lít axit H2SO4 (D = 1,84 gam/ml) và bao nhiêu lít nước cất để pha thành 9 lít dung dịch H2SO4 có D = 1,28 gam/ml ? Biết khối lượng riêng của nước là 1 gam/ml.
- 2 lít và 7 lít. B. 3 lít và 6 lít. C. 4 lít và 5 lít. D. 6 lít và 3 lít.
Hướng dẫn giải
Áp dụng sơ đồ đường chéo ta có :
Mặt khác :
=> Đáp án B.
6.2. Phương pháp bảo toàn điện tích
Nội dung định luật: Trong dung dịch chứa các chất điện li, tổng số mol điện tích dương luôn bằng tổng số mol điện tích âm.
nđiện tích dương = n điện tích âm
Ví dụ: Trong một dung dịch có chứa a mol Ca2+ , b mol Mg2+ , c mol Cl – và d mol NO3-
Ta có: Ca2+ có 2 điện tích dương => số mol điện tích dương = 2a
Mg2+ có 2 điện tích dương => số mol điện tích dương = 2b
Cl – có 1 điện tích âm => số mol điện tích âm = c
NO3- có 1 điện tích âm => số mol điện tích âm = d
Áp dụng định luật định luật bảo toàn điện tích ta được phương trình:
2a + 2b = c + d
Kết hợp với dữ kiện khác để có thể giải quyết theo yêu cầu của bài toán.
Vận dụng :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
Theo định luật bảo toàn điện tích ta có :
.
=> Đáp án C.
6.3. Phương pháp bảo toàn khối lượng
Theo định luật bảo toàn khối lượng thì tổng khối lượng các chất tan = tổng khối lượng các ion trong dung dịch.
Ví dụ: Một dung dịch chứa a mol Cu2+, b mol K+, c mol Cl– và d mol SO42–. Tổng khối lượng các muối tan có trong dung dịch là 64a + 39b + 36,5c + 96d.
Vận dụng:Dung dịch A chứa các ion Al3+ = 0,6 mol, Fe2+ = 0,3 mol , Cl – = a mol, SO42- = b mol . Cô cạn dung dịch A thu được 140,7 gam . Giá trị của a và b lần lượt là
A. 0,6 ; 0,9 B. 0.9 ; 0,6 C. 0,5 ; 0,3 D. 0,2 ; 0,3
Hướng dẫn giải:
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích
=> 3.0,6 + 2.0,3 = a + 2b (1)
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: Tổng khối lượng của chất tan = Tổng khối lượng của các ion
=> 27.0,6 + 56.0,3 + 35,5.a + 96.b = 140,7 (2)
Từ (1) và (2) => a = 0,6; b = 0,9
=> Đáp án A