Phương pháp sử dụng phương trình ion thu gọn trong hóa học cực hay, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12

Phương pháp giải

1. Nội dung

Phương trình hóa học (PTHH) thường được viết dưới hai dạng là PTHH ở dạng phân tử và dạng ion rút gọn. Ngoài việc thể hiện đúng bản chất của phản ứng hóa học, phương trình ion thu gọn còn giúp giải nhanh rất nhiều dạng bài tập hóa học không thể giải theo các PTHH ở dạng phân tử.

2. Phạm vi sử dụng

Vì để rút gọn phương trình phân tử thành phương trình ion rút gọn ta sử dụng cho các chất điện li mạnh, do vậy phương pháp này áp dụng chủ yếu cho các chất axit bazơ, muối trong vô cơ (các chất hữu cơ thường là chất điện li yếu)

+ Phản ứng axit, bazơ và xác định pH của dung dịch

+ Bài toán CO₂, SO₂ tác dụng với dung dịch bazơ

+ Bài toán liên quan tới oxit, hiđroxit lưỡng tính

+ Bài toán chất khử tác dụng với dung dịch chứa H⁺ và NO₃-

+ Các phản ứng ở dạng ion thu gọn tạo ra chất kết tủa, chất dễ bay hơi, chất điện li yếu.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Khi cho 41,4 gam X gồm Fe₂O₃, Cr₂O₃ và Al₂O₃ tác dụng với dung dịch NaOH đặc (dư), sau phản ứng được 16 gam chất rắn. Để khử hoàn toàn 41,4 gam X bằng phản ứng nhiệt nhôm, phải dùng 10,8 gam Al. Phần trăm khối lượng của Cr₂O₃ trong X là? (H= 100%)

A. 50,67%.

B. 20,33%.

C. 66,67%.

D. 36,71%.

Bài giải:

Khi cho X vào dung dịch NaOH đặc, dư có các phản ứng:

Do đó 16 gam chất rắn còn lại sau phản ứng là khối lượng của Fe₂O₃.

Ta có: n_Fe2O3 = 0,1, n_Al = 0,4.

Các phản ứng nhiệt nhôm diễn ra như sau:

⇒ Đáp án đúng là D

Ví dụ 2: Cho m gam Fe vào bình chứa dung dịch gồm H₂SO₄ và HNO₃, thu được dung dịch X và 1,12 lít khí NO. Thêm tiếp dung dịch H₂SO₄ dư vào bình thu được 0,448 lít khí NO và dung dịch Y. Biết trong cả hai trường hợp khí NO là sản phẩm khử duy nhất, đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Dung dịch Y hòa tan vừa hết 2,08 gam Cu (không tạo thành sản phẩm khử của N⁺⁵). Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là?

A. 3,92

B. 2,40

C. 4,20

D. 4,06

Bài giải:

Khi cho Fe vào dung dịch chứa H₂SO₄ và HNO₃ chỉ thu được khí NO, khi đó sau khi một phần Fe phản ứng với H⁺ và tạo Fe³⁺ thì lượng Fe còn lại phản ứng với Fe³⁺ được Fe²⁺. Do đó, dung dịch X chứa Fe²⁺ và Fe³⁺:

Khi cho thêm tiếp H₂SO₄ dư vào dung dịch X thì trong dung dịch có thêm H⁺, khi đó một phần Fe²⁺ trong dung dịch phản ứng với H⁺ (mới cung cấp thêm) và NO^3- lại thu được Fe³⁺, phản ứng diễn ra cho đến khi NO^3- trong dung dịch hết (điều này cũng cho biết lí do tại sao khi cho Cu vào dung dịch Y thì không tạo thành sản phẩm khử của N⁺⁵: do trong dung dịch có H⁺ nhưng không có NO^3-):

Vì vậy, dung dịch X và dung dịch Y đều chứa Fe²⁺ và Fe³⁺ nhưng số mol của hai ion này trong hai dung dịch là khác nhau.

Theo định luật bảo toàn mol electron áp dụng cho toàn bộ quá trình từ hòa tan Fe đến khi thu được dung dịch Y, ta có:

⇒ Đáp án đúng là D

Ví dụ 3: Hòa tan hết 2,08 gam hỗn hợp Fe và Cu bằng dung dịch HNO₃ thu được dung dịch X và 672 ml khí NO (đktc). Thêm từ từ 1,2 gam Mg vào dung dịch X đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 224ml khí NO (đktc), dung dịch Y và m gam chất rắn không tan. Biết trong các thí nghiệm trên NO là sản phẩm khử duy nhất. Giá trị của m là?

A. 1,71

B. 1,52

C. 1,44

D. 0,84

Bài giải:

Khi cho Mg vào dung dịch X thì vẫn thu được khí NO nên trong dung dịch X có HNO₃ dư.

Khi trong dung dịch X có HNO₃ dư thì cả Fe và Cu đều tan hết và được đưa lên mức số oxi hóa tối đa, lần lượt là +3 và +2.

Do đó chất rắn thu được sau phản ứng gồm 0,015 mol Cu và 0,01 mol Fe.

Vậy m = m Fe + m Cu = 1,52 (gam)

⇒ Đáp án đúng là B

Ví dụ 4: Chia 30,4 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu thành hai phần bằng nhau. Phần 1 cho tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc nóng dư thu được 6,72 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, đktc). Hòa tan phần 2 trong 550ml dung dịch AgNO₃ 1M, kết thúc phản ứng thu được dung dịch Y. Nồng độ mol của Fe (NO₃)₂ trong dung dịch Y (coi thể tích dung dịch không đổi trong quá trình xảy ra phản ứng) là?

A. 0,181M.

B. 0,363M.

C. 0,182M.

D. 0,091M.

Bài giải:

Khối lượng mỗi phần của hỗn hợp kim loại là 15,2 gam.

Trong mỗi phần, gọi

Khi hòa tan phần 2 vào dung dịch chứa 0,55 mol AgNO₃:

⇒ Đáp án đúng là D

Ví dụ 5: Hấp thụ hoàn toàn 4,48l khí CO₂ ở (đktc) vào 500ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba (OH)₂ 0,2M, sinh ra m gam kết tủa. Giá trị của m là?

A. 19,70

B. 17,73

C. 9,85

D. 11,82

Bài giải:

n CO₂ = 0,2 mol; n OH^- = n NaOH + 2n Ba (OH)₂ = 0,25 mol

1 < n OH^-: n CO₂ < 2 ⇒ Tạo hỗn hợp muối CO₃^2- và HCO₃^-

⇒ n BaCO₃ = n CO₃^2- = 0,05⇒ m = 0,05.197 = 9,85g

⇒ Đáp án đúng là C

Ví dụ 6: Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 30ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch chưa Na₂CO₃ 0,2M và NaHCO₃ 0,2M, sau phản ứng thu được số mol CO₂ là?

A. 0,03

B. 0,01

C. 0,02

D. 0,015

Bài giải:

n HCl = 0,03 mol; n Na₂CO₃ = 0,02 mol; n NaHCO₃ = 0,02 mol

Khi cho từ từ HCl vào dung dịch xảy ra phản ứng theo thứ tự:

⇒ Đáp án đúng là B

Ví dụ 7: Trộn 100 ml dung dịch (gồm Ba (OH)₂ 0,1M và NaOH 0,1M) với 400 ml dung dịch (gồm H₂SO₄ 0,0375M và HCl 0,0125M), thu được dung dịch X. Giá trị pH của dung dịch X là

A. 7.

B. 2.

C. 1.

D. 6.

Bài giải:

Ví dụ 8: Cho 6,72g Fe vào 400ml dung dịch HNO₃ 1M, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí NO (sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Dung dịch X có thể hòa tan tối đa được m gam Cu. Gía trị m là?

A. 1,92

B. 0,64

C. 3,84

D. 3,20

Bài giải:

n Fe = 0,12 mol; n HNO₃ = 0,4 mol

m Cu = 1,92g

⇒ Đáp án đúng là A

Ví dụ 9: Hỗn hợp X gồm Cu và kim loại M hóa trị II. Cho X tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 11,2l khí (đktc), chất rắn Y nặng 10g và dung dịch Z. Thêm NaOH dư vào Z thu được kết tủa T. Nung T đến khối lượng không đổi thu được 20g chất rắn. Kim loại M và khối lượng hỗn hợp X là:

A. Mg và 30g

B. Mg và 22g

C. Fe và 38g

D. Zn và 42,5g

Bài giải:

Cu không tác tụng với HCl

⇒ Đáp án đúng là B

Ví dụ 10: Hòa tan hoàn toàn 5,91 gam NaCl và KBr vào 100 ml dung dịch hỗn hợp Cu (NO₃)₂ 0,1M và AgNO₃ a mol/l, thu được 11,38 gam kết tủa. Cho miếng kẽm vào dung dịch Y, sau khi phản ứng xong lấy miếng kẽm ra khỏi dung dịch, thấy khối lượng miếng kẽm tăng 1,1225 gam. Giá trị của a là?

A. 0,85

B. 0,5

C. 0,775

D. 0,7

Bài giải:

Khi cho kẽm vào dung dịch Y, sau khi phản ứng xong thì thấy khối lượng thanh kẽm tăng nên trong Y phải có ion Ag⁺. Do AgNO₃ dư nên đặt n_NaCl = x, n_KBr = y;

Gọi khối lượng thanh kẽm là m. Đặt n Zn phản ứng với Ag⁺ là b, sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng ta được:

⇒ Đáp án đúng là A

Bài tập tự luyện

Bài 1: Cho 50g dung dịch A chứa 1 muối halogen kim loại hóa trị II tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư thì thu được 9,40g kết tủa. Mặt khác, dùng 150g dung dịch A trên phản ứng với dung dịch Na₂CO₃ dư thì thu được 6,30g kết tủa. Lọc kết tủa đem nung đến khối lượng không đổi, khí thoát ra cho vào 80g dung dịch KOH 14,50%. Sau phản ứng nồng độ dung dịch KOH giảm còn 3,80%. Xác định công thức phân tử của muối halogen trên.

A. CaCl₂

B. BaI₂

C. MgBr₂

D. BaCl₂

Hiển thị đáp án

Cách giải:

Gọi công thức muối cần tìm là MX₂

Khi cho 150 gam dung dịch X tác dụng với dung dịch Na₂CO₃ dư có phản ứng:

Do đó khí hấp thụ vào dung dịch KOH là CO₂.

Vì sau phản ứng trong dung dịch vẫn còn KOH nên sản phẩm tạo thành là K₂CO₃:

Khi cho dung dịch A tác dụng với dung dịch AgNO₃:

Vậy công thức của muối cần tìm là MgBr₂.

⇒ Đáp án đúng là C

Bài 2: Hỗn hợp X chứa đồng thời hai muối natri của hai halogen liên tiếp trong bảng tuần hoàn. Lấy một lượng X cho tác dụng vừa đủ với 100 ml dung dịch AgNO₃ 1M thì thu được 15 gam kết tủa. Công thức phân tử của hai muối trong X là:

A. NaF và NaCl

B. NaBr và NaI

C. NaCl và NaI

D. NaCl và NaBr

Hiển thị đáp án

Cách giải:

n_AgNO3 = 0,1 (mol)

Trường hợp 1: Hai halogen đều tạo được kết tủa với AgNO₃

Đặt công thức chung của hai muối là

Do đó hai muối trong X là NaCl và NaBr

Trường hợp 2: Hai muối là NaF và NaCl

Phản ứng tạo thành kết tủa chỉ có AgCl và AgF là muối tan:

Do đó trường hợp này không thỏa mãn.

⇒ Đáp án đúng là D

Bài 3: Một hỗn hợp X gồm 3 muối halogenua của kim loại natri nặng 6,23 gam hòa tan hoàn toàn trong nước được dung dịch A. Sục khí clo dư vào dung dịch A rồi cô cạn hoàn toàn dung dịch sau phản ứng được 3,0525 gam muối khan B. Lấy một nửa lượng muối này hòa tan vào nước rồi cho phản ứng với dung dịch AgNO₃ dư thì thu được 3,22875 gam kết tủa. Hỗn hợp X ban đầu không có muối:

A. NaF

B. NaCl

C. NaBr

D. Đ/a khác

Hiển thị đáp án

Cách giải:

Giả sử lượng muối khan B thu được sau khi cho clo dư vào dung dịch A chỉ có NaCl.

Do đó muối khan B thu được ngoài NaCl còn có NaF.

Vậy trong hỗn hợp X chứa NaF với

Gọi công thức chung của hai muối halogen còn lại là NaY

Do đó cần có một halogen có nguyên tử khối lớn hơn 106,11

Khi đó halogen này chỉ có thể là I.

Suy ra công thức của muối thứ hai là NaI.

Do đó có 2 trường hợp:

+) Trường hợp 1: Hỗn hợp X chứa NaF, NaCl và NaI.

+) Trường hợp 2: Hỗn hợp X chứa NaF, NaBr và NaI

Do đó cả hai trường hợp đều thỏa mãn.

⇒ Đáp án đúng là D

Bài 4: Cho 270ml dung dịch Ba (OH)₂ 0,2M vào dung dịch X chứa 0,025 mol CO₃^2-; 0,1 mol Na+; 0,25 mol NH4+ và 0,3 mol Cl^- và đun nóng nhẹ (giả sử H₂O bay hơi không đáng kể). Tổng khối lượng dung dịch X và dung dịch Ba (OH)₂ sau phản ứng giảm đi bao nhiêu gam:

A. 4,215g

B. 5,296g

C. 6,761g

D. 7,015g

Hiển thị đáp án

Cách giải:

⇒ Đáp án đúng là C

Bài 5: 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:

A. 0,175 lít.

B. 0,25 lít.

C. 0,25 lít.

D. 0,52 lít.

Hiển thị đáp án

Cách giải:

Dung dịch X chứa các ion Na⁺; AlO₂^-; OH^- dư (có thể). Áp dụng định luật Bảo toàn điện tích:

n AlO₂- + n OH^- = n Na⁺ = 0,5

Khi cho HCl vào dung dịch X:

Để kết tủa là lớn nhất, thì không xảy ra (3) và n H⁺ = n AlO₂^- + n OH^- = 0,5 mol

⇒ V HCl = 0,5/2 = 0,25 (lít)

⇒ Đáp án đúng là C

Bài 6: Nhỏ từ từ từng giọt cho đến hết 300 ml dung dịch NaHCO₃ 0,1M; K₂CO₃ 0,2M vào 100 ml dung dịch HCl 0,2M; NaHSO₄ 0,6M và khuấy đều thu được V lít CO₂ thoát ra (đktc) và dung dịch X. Thêm vào dung dịch X 100 ml dung dịch KOH 0,6M; BaCl₂ 1,5M thu được m gam kết tủa. Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Giá trị của V và m là:

A. 1,0752 và 22,254.

B. 0,448 và 25,8.

C. 0,448 và 11,82.

D. 1,0752 và 20,678.

Hiển thị đáp án

Cách giải:

Chú ý đổ từ từ muối Na₂CO₃ và NaHCO₃ vào dung dịch H₂SO₄ thì xảy ra đồng thời các phương trình (HSO₄^- coi như chất điện ly hoàn toàn tạo ra SO₄^2- và H⁺)

Ta có 2x+ y = 0,08 mol

Vì phản ứng xảy ra đồng thời nên x: y = n CO₃^2-: n HCO₃^- = 0,06: 0,03 = 2: 1

Vậy n CO₂ = 0,032 + 0,016 = 0,048 mol ⇒ V= 1,0752 l

Vậy dung dịch X chứa: HCO₃^- dư: 0,014 mol; CO₃^2-: 0,028 mol; SO₄^2-:0,06 mol

Khi cho 0,15 mol BaCl₂ và 0,06 mol KOH vào dung dịch X xảy ra các pt sau:

Vậy m kết tủa = 0,06×233+ 0,042×197 = 22,254 gam

⇒ Đáp án đúng là A

Bài 7: Dung dịch X chứa hỗn hợp gồm Na₂CO₃ 1,0M và KHCO₃ 1,5M. Nhỏ từ từ từng giọt và khuấy đều cho đến hết 250 ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch X, sinh ra V lít khí (ở đktc) đồng thời thu được dung dịch Y. Cho lượng dư dung dịch Ca (OH)₂ vào dung dịch Y thu được a gam chất kết tủa. Giá trị của a là

A. 15,0.

B. 10,0.

C. 25,0.

D. 12,5.

Hiển thị đáp án

Phương trình phản ứng:

H⁺ + CO₃^2- → HCO₃^- (1)

n CO₃^2- = 0,1 mol < n H⁺= 0,25 mol ⇒ sau phản ứng (1) thì H⁺ dư = 0,15 mol,

∑n HCO₃^- = 0,25 mol

H⁺ + HCO₃^- → CO₂ + H₂O (2)

Vì n H⁺ < n HCO₃^- ⇒ dung dịch X có chứa HCO₃^- dư = 0,25 -0,15 = 0,1 mol

Khi cho Ca (OH)₂ vào dung dịch X:

OH^- + HCO₃^- → CO₃^2- + H₂O

n CO₃^2- = n HCO₃^- = 0,1 mol

⇒ m kết tủa = 0,1×100 = 10 gam

⇒ Đáp án đúng là B

Bài 8: Cho một hợp kim Na – Ba tác dụng với nước (dư) thu được dung dịch C và 3,36 lít H₂ (ở đktc). Thể tích dung dịch axit H₂SO₄ 2M cần dùng để trung hòa dung dịch X là:

A. 150ml

B. 75ml

C. 60ml

D. 30ml

Hiển thị đáp án

Cách giải:

Na + H₂O → NaOH + ½ H₂

Ba + H₂O → Ba (OH)₂ + H₂

Ta có: n OH^- = 2n H₂ = 0,3 mol

Khi cho axit vào ta có:

H⁺ + OH^- → H₂O

n H⁺ = n OH^- = 0,3 mol ⇒ n H₂SO₄ = 0,15 mol

⇒ V H₂SO₄ =0,15/2= 0,075l = 75ml

⇒ Đáp án đúng là B

Bài 9: Có ba dung dịch riêng biệt: H₂SO₄ 1M; KNO₃ 1M; HNO₃ 1M được đánh số ngẫu nhiên là (1), (2), (3).

- Trộn 5 ml dung dịch (1) với 5 ml dung dịch (2), thêm bột Cu dư, thu được V₁ lít khí NO.

- Trộn 5 ml dung dịch (1) với 5 ml dung dịch (3), thêm bột Cu dư, thu được 2V₁ lít khí NO.

- Trộn 5 ml dung dịch (2) với 5 ml dung dịch (3), thêm bột Cu dư, thu được V₂ lít khí NO.

Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, NO là sản phẩm khử duy nhất, các thể tích khí đo ở cùng điều kiện. So sánh nào sau đây đúng?

A. V₂ = 2V₁

B. 2V₂ = V₁

C. V₂ = 3V₁

D. V₂ = V₁

Hiển thị đáp án

Cách giải:

* Tìm thành phần của các dung dịch đánh số:

Ta có phản ứng hòa tan kim loại Cu:

Khi cặp dung dịch KNO₃ và HNO₃ cùng số mol (cùng nồng độ mol và sử dụng cùng một lượng thể tích) thì có n_H⁺: n_NO3^- =1: 1 và cặp dung dịch KNO₃ và H₂SO₄ cùng số mol (cùng nồng độ mol và sử dụng cùng một lượng thể tích) thì có n_H⁺: n_NO3^- =2: 1

Do đó NO₃^- đều dư so với số mol H⁺ nên hai cặp dung dịch này khi cho tác dụng với Cu thì lượng khí NO sinh ra đều tính theo số mol H⁺.

Mà cùng thể tích thì

Mặt khác, quan sát hai thí nghiệm thứ nhất và thứ hai ta thấy: ở thí nghiệm thứ hai lượng khí NO thu được gấp đôi lượng khí NO ở thí nghiệm thứ nhất, hai thí nghiệm này sử dụng chung dung dịch (1) và khác nhau ở dung dịch (2) hay dung dịch (3).

Nên dung dịch (1) là KNO₃, dung dịch (2) là HNO₃ và dung dịch (3) là H₂SO₄.

* Tìm mối quan hệ giữa V₁ và V₂:

⇒ Đáp án đúng là C.

Bài 10: Lấy l, 36g hỗn hợp gồm Mg và Fe cho vào 400 ml dung dịch CuSO₄ CM, sau khi phản ứng xong thì nhận được l, 84g chất rắn Y và dung dịch Z. Cho NaOH dư vào dung dịch Z, lọc kết tủa nung ngoài không khí được l, 2g chất rắn (gồm 2 oxit kim loại). Vậy CM của dung dịch CuSO₄ là

A. 0,02 M.

B. 0,05 M.

C. 0,08M.

D. 0,12M.

Hiển thị đáp án

Cách giải:

Các phản ứng xảy ra:

Vì chất rắn thu được cuối cùng gồm 2 oxit kim loại nên 2 oxit này gồm MgO và Fe₂O₃.

Khi đó Mg và CuSO₄ phản ứng hết, Fe có thể phản ứng hết hoặc dư.

Chất rắn Y gồm Cu và Fe dư

Ta có khi 1 mol Mg phản ứng tạo 1 mol Cu thì khối lượng kim loại tăng (64-24) = 40 gam.

Khi 1 mol Fe phản ứng tạo 1 mol Cu thi khối lượng kim loại tăng (64 - 56) = 8 gam.

Mà a mol Mg và b mol Fe phản ứng với CuSO₄.

⇒ Đáp án đúng là B.

Bài trước: Phương pháp tăng giảm khối lượng trong hóa học vô cơ hay, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12 Bài tiếp: Phương pháp chọn đại lượng thích hợp trong hóa học cực hay, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12