Bài 5: Luyện tập Axit, bazơ và muối và Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Hình 1: Sơ đồ tư duy Hóa học "Sự điện li"

- Axit là chất khi tan trong nước phân li ra ion H⁺

- Bazơ là chất khi tan trong nước phân li ra ion OH^-

- Hiđroxit lưỡng tính là chất khi tan trong nước vừa có thể phân li theo kiểu axit, vừa có thể phân li theo kiểu bazơ.

- Hầu hết các muối khi tan trong nước phân li hoàn toàn thành cation kim loại (hoặc NH₄⁺) và anion gốc axit.

- Nếu gốc axit còn chứa hiđro axit thì nó sẽ tiếp tục phân li yếu ra cation H⁺ và anion gốc axit.

Bài 1:

Dùng phản ứng trao đổi ion để tách:

a, ion Mg²⁺ ra khỏi dung dịch chứa các chất tan Mg(NO₃)₂ và KNO₃

b, ion PO₄^3- ra khỏi dung dịch chứa các chất tan K₃PO₄ và KNO₃

Hướng dẫn:

a, Mg(NO₃)₂ + 2KOH → Mg(OH)₂ ↓+ 2KNO₃

b, K₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄ ↓+ 3KNO₃

Bài 2:

Trong y học,dược phẩm Nabica (NaHCO₃) là chất dùng để trung hòa bớt lượng dư axit HCl trong dạ dày.

a, Viết PTHH dưới dạng phân tử và ion rút gọn của phản ứng.

b, Nồng độ axit HCl trong dạ dày 0,035M, tính thể tích dung dịch HCl được trung hòa và thể tích CO₂ (đktc) sinh ra khi uống 0,336g NaHCO₃.

Hướng dẫn:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O (1)

HCO₃^- + H⁺ → CO₂ + H₂O

Tính số mol NaHCO₃ rồi dựa vào PTHH (1) suy ra số mol CO₂ và HCl rồi tính thể tích

V_CO2 = 0,0896 lít; V_HCl = 0,114 lít

Bài 3:

Hòa tan 0,887g NaCl và KCl trong nước, xử lý dung dịch thu được bằng một lượng dư dung dịch AgNO₃ thu được 1,913g kết tủa. Tính thành phần phần trăm của mỗi chất trong hỗn hợp.

Hướng dẫn:

NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃

KCl + AgNO₃ → AgCl↓ + KNO₃

Gọi x, y lần lượt là số mol của NaCl và KCl, dựa vào khối lượng hỗn hợp ta có pt  và dựa vào số mol kết tủa ta có thêm phương trình nữa, giải hệ tìm x,y →tính khối lượng KCl rồi tính %KCl, %NaCl = 100 - %KCl

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{58,5x + 74,5y = 0,887}\\
{x + y = 0,0133}
\end{array}} \right.\)

→ x = 0,00659 mol; y = 0,00671 mol

→ m_KCl = 0,5g

→%m_KCl = 56,4% 

%m_NaCl = 43,6%

Bài 4:

Cho 400g dung dịch H₂SO₄ 49% vào nước được 2 lít dung dịch A.

a, Tính nồng độ mol ion H⁺ trong dung dịch A.

b, Tính thể tích dd NaOH 1,8M cần thêm vào dd A để thu được dung dịch có pH = 1, pH = 7, pH =13

Hướng dẫn:

a, Tính khối lượng H₂SO₄ →tính số mol H₂SO₄→ lấy số mol chia thể tích ra nồng độ H₂SO₄ = 1M

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

1M          2M

[H⁺]_ddA = 2M

b, số mol H₂SO₄ = 2 mol nên số mol H⁺ = 4 mol, số mol NaOH = 1,8 V_ddNaOH (mol)

nên n_OH- = 1,8V, bản chất của quá trình trung hòa là

H⁺       +    OH^-  →  H₂O ,vì thu được dd có pH = 1 < 7 nên môi trường là axit, số mol H⁺ dư

4 mol    >   1,8V_ddNaOH

n_{H+ dư} = 4 - 1,8V_ddNaOH (1)

pH = 1 → [H⁺]= 10^-1 M = 0,1M, V_ddsau = V_ddA + V_NaOH = 2+ V_ddNaOH , →n_{H+ dư} = 0,1 (2+ V_ddNaOH) (2)

Từ (1) và (2) có: 4 - 1,8V_ddNaOH = 0,1 . (2+ V_ddNaOH) → V_ddNaOH = 2 lít

pH = 7 thì môi trường trung tính n_H+ = n_OH- →4 = 1,8V_ddNaOH→ V_ddNaOH = 2,2 lít

pH = 13>7, môi trường bazơ, số mol OH- dư: n_{OH- dư} = 1,8V_ddNaOH- 4  (1)

pH = 13 → [H⁺]= 10^-13 M

→  [OH^-] = \([O{H^ - }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 13}}}} = 0,1M\) 

→n_{OH- dư} = 0,1 (2+ V_ddNaOH) (2)

Bài 5:

Cho biết giá trị pH của các dung dịch sau:

Na₂CO₃, KCl, CH₃COONa, NaHSO₄, AlCl₃, Na₂S, C₆H₅ONa, NH₄Cl. Giải thích?

Hướng dẫn:

ion trung tính(mạnh) không bị thủy phân, các ion trung tính gồm gốc của axit mạnh (HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₃, HClO₄ ) và cation của bazơ mạnh( KOH, NaOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂)

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2-

Na⁺ là cation của bazơ mạnh nên không bị thủy phân, CO₃^2- gốc axit yếu nên bị thủy phân

CO₃^2- + H₂O  ⇄ HCO₃^- + OH^-, môi trường bazơ nên pH >7

KCl → K⁺ + Cl^- , ion mạnh không bị thủy phân, môi trường trung tính, pH = 7

CH₃COONa→ CH₃COO^- + Na⁺

CH₃COO^- + H₂O  ⇄ CH₃COOH + OH^--, môi trường bazơ nên pH >7

NaHSO₄ → Na⁺ + HSO₄^{- ­}

HSO₄^- ⇄ H⁺ + SO₄^2-  (hoặc HSO₄^-  + H₂O  ⇄ H₃O⁺ + SO₄^2-  (H₃O⁺ chính là H⁺) môi trường axit nên pH <7

AlCl₃→ Al³⁺ + 3Cl-

Al³⁺ + H₂O ⇄ Al(OH)²⁺ + H⁺ → môi trường axit nên pH <7

Na₂S → 2Na⁺ + S^2-

S^2- + H₂O ⇄ HS^- + OH^-  → môi trường bazơ nên pH >7

C₆H₅ONa →C₆H₅O^- + Na⁺

C₆H₅O^- + H₂O ⇄ C₆H₅OH + OH^-  → môi trường bazơ nên pH >7

NH₄Cl→ NH₄⁺ + Cl^-; NH₄⁺+ H₂O ⇄NH₃ + H₃O⁺→ môi trường axit nên pH <7

Hình 1: Sơ đồ tư duy Hóa học "Sự điện li"

- Axit là chất khi tan trong nước phân li ra ion H⁺

- Bazơ là chất khi tan trong nước phân li ra ion OH^-

- Hiđroxit lưỡng tính là chất khi tan trong nước vừa có thể phân li theo kiểu axit, vừa có thể phân li theo kiểu bazơ.

- Hầu hết các muối khi tan trong nước phân li hoàn toàn thành cation kim loại (hoặc NH₄⁺) và anion gốc axit.

- Nếu gốc axit còn chứa hiđro axit thì nó sẽ tiếp tục phân li yếu ra cation H⁺ và anion gốc axit.

Bài 1:

Dùng phản ứng trao đổi ion để tách:

a, ion Mg²⁺ ra khỏi dung dịch chứa các chất tan Mg(NO₃)₂ và KNO₃

b, ion PO₄^3- ra khỏi dung dịch chứa các chất tan K₃PO₄ và KNO₃

Hướng dẫn:

a, Mg(NO₃)₂ + 2KOH → Mg(OH)₂ ↓+ 2KNO₃

b, K₃PO₄ + 3AgNO₃ → Ag₃PO₄ ↓+ 3KNO₃

Bài 2:

Trong y học,dược phẩm Nabica (NaHCO₃) là chất dùng để trung hòa bớt lượng dư axit HCl trong dạ dày.

a, Viết PTHH dưới dạng phân tử và ion rút gọn của phản ứng.

b, Nồng độ axit HCl trong dạ dày 0,035M, tính thể tích dung dịch HCl được trung hòa và thể tích CO₂ (đktc) sinh ra khi uống 0,336g NaHCO₃.

Hướng dẫn:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O (1)

HCO₃^- + H⁺ → CO₂ + H₂O

Tính số mol NaHCO₃ rồi dựa vào PTHH (1) suy ra số mol CO₂ và HCl rồi tính thể tích

V_CO2 = 0,0896 lít; V_HCl = 0,114 lít

Bài 3:

Hòa tan 0,887g NaCl và KCl trong nước, xử lý dung dịch thu được bằng một lượng dư dung dịch AgNO₃ thu được 1,913g kết tủa. Tính thành phần phần trăm của mỗi chất trong hỗn hợp.

Hướng dẫn:

NaCl + AgNO₃ → AgCl↓ + NaNO₃

KCl + AgNO₃ → AgCl↓ + KNO₃

Gọi x, y lần lượt là số mol của NaCl và KCl, dựa vào khối lượng hỗn hợp ta có pt  và dựa vào số mol kết tủa ta có thêm phương trình nữa, giải hệ tìm x,y →tính khối lượng KCl rồi tính %KCl, %NaCl = 100 - %KCl

\(\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}}
{58,5x + 74,5y = 0,887}\\
{x + y = 0,0133}
\end{array}} \right.\)

→ x = 0,00659 mol; y = 0,00671 mol

→ m_KCl = 0,5g

→%m_KCl = 56,4% 

%m_NaCl = 43,6%

Bài 4:

Cho 400g dung dịch H₂SO₄ 49% vào nước được 2 lít dung dịch A.

a, Tính nồng độ mol ion H⁺ trong dung dịch A.

b, Tính thể tích dd NaOH 1,8M cần thêm vào dd A để thu được dung dịch có pH = 1, pH = 7, pH =13

Hướng dẫn:

a, Tính khối lượng H₂SO₄ →tính số mol H₂SO₄→ lấy số mol chia thể tích ra nồng độ H₂SO₄ = 1M

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

1M          2M

[H⁺]_ddA = 2M

b, số mol H₂SO₄ = 2 mol nên số mol H⁺ = 4 mol, số mol NaOH = 1,8 V_ddNaOH (mol)

nên n_OH- = 1,8V, bản chất của quá trình trung hòa là

H⁺       +    OH^-  →  H₂O ,vì thu được dd có pH = 1 < 7 nên môi trường là axit, số mol H⁺ dư

4 mol    >   1,8V_ddNaOH

n_{H+ dư} = 4 - 1,8V_ddNaOH (1)

pH = 1 → [H⁺]= 10^-1 M = 0,1M, V_ddsau = V_ddA + V_NaOH = 2+ V_ddNaOH , →n_{H+ dư} = 0,1 (2+ V_ddNaOH) (2)

Từ (1) và (2) có: 4 - 1,8V_ddNaOH = 0,1 . (2+ V_ddNaOH) → V_ddNaOH = 2 lít

pH = 7 thì môi trường trung tính n_H+ = n_OH- →4 = 1,8V_ddNaOH→ V_ddNaOH = 2,2 lít

pH = 13>7, môi trường bazơ, số mol OH- dư: n_{OH- dư} = 1,8V_ddNaOH- 4  (1)

pH = 13 → [H⁺]= 10^-13 M

→  [OH^-] = \([O{H^ - }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{{{10}^{ - 13}}}} = 0,1M\) 

→n_{OH- dư} = 0,1 (2+ V_ddNaOH) (2)

Bài 5:

Cho biết giá trị pH của các dung dịch sau:

Na₂CO₃, KCl, CH₃COONa, NaHSO₄, AlCl₃, Na₂S, C₆H₅ONa, NH₄Cl. Giải thích?

Hướng dẫn:

ion trung tính(mạnh) không bị thủy phân, các ion trung tính gồm gốc của axit mạnh (HCl, HBr, HI, HNO₃, H₂SO₄, HClO₃, HClO₄ ) và cation của bazơ mạnh( KOH, NaOH, Ca(OH)₂, Ba(OH)₂)

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2-

Na⁺ là cation của bazơ mạnh nên không bị thủy phân, CO₃^2- gốc axit yếu nên bị thủy phân

CO₃^2- + H₂O  ⇄ HCO₃^- + OH^-, môi trường bazơ nên pH >7

KCl → K⁺ + Cl^- , ion mạnh không bị thủy phân, môi trường trung tính, pH = 7

CH₃COONa→ CH₃COO^- + Na⁺

CH₃COO^- + H₂O  ⇄ CH₃COOH + OH^--, môi trường bazơ nên pH >7

NaHSO₄ → Na⁺ + HSO₄^{- ­}

HSO₄^- ⇄ H⁺ + SO₄^2-  (hoặc HSO₄^-  + H₂O  ⇄ H₃O⁺ + SO₄^2-  (H₃O⁺ chính là H⁺) môi trường axit nên pH <7

AlCl₃→ Al³⁺ + 3Cl-

Al³⁺ + H₂O ⇄ Al(OH)²⁺ + H⁺ → môi trường axit nên pH <7

Na₂S → 2Na⁺ + S^2-

S^2- + H₂O ⇄ HS^- + OH^-  → môi trường bazơ nên pH >7

C₆H₅ONa →C₆H₅O^- + Na⁺

C₆H₅O^- + H₂O ⇄ C₆H₅OH + OH^-  → môi trường bazơ nên pH >7

NH₄Cl→ NH₄⁺ + Cl^-; NH₄⁺+ H₂O ⇄NH₃ + H₃O⁺→ môi trường axit nên pH <7