Phương pháp giải Hóa học - Phương pháp 5: Bảo toàn điện tích

Ph­¬ng ph¸p 5
Ph­¬ng ph¸p B¶o toµn ®iÖn tÝch 
I. CƠ SƠ CỦA PHƯƠNG PHÁP
1. Cơ sở: Nguyên tử, phân tử, dung dịch luôn luôn trung hòa về điện
- Trong nguyên tử: số proton = số electron
- Trong dung dịch: 
	số mol ´ điện tích ion dương = ½ số mol ´ điện tích ion âm½
2. Áp dụng và một số chú ý
a, Khối lượng dung dịch muối (trong dung dịch) = khối lượng các ion tạo muối
b, Quá trình áp dụng định luật bảo toàn điện tích thường kết hợp:
- Các phương pháp bảo toàn khác: Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố
- Viết phương trình hóa học ở dạng ion thu gọn
 II. CÁC DẠNG BÀI TOÁN THƯỜNG GẶP
Dạng 1: Áp dụng đơn thuần định luật bảo toàn điện tích 
Ví dụ 1 : Một dung dịch có chứa 4 ion với thành phần : 0,01 mol Na+, 0,02 mol Mg2+, 0,015 mol , x mol. Giá trị của x là
 A. 0,015. 	B. 0,035. 	C. 0,02. 	D. 0,01.
Giải:
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 
0,01.1 + 0,02.2 = 0.015.2 +x.1x = 0,02 Đáp án C
Dạng 2: Kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng
Ví dụ 2 : Dung dịch A chứa hai cation là Fe2+: 0,1 mol và Al3+: 0,2 mol và hai anion là : x mol và : y mol. Đem cô cạn dung dịch A thu được 46,9 gam hỗn hợp muối khan. Giá trị của x và y lần lượt là:
 A. 0,6 và 0,1	B. 0,3 và 0,2 	C. 0,5 và 0,15 	 D. 0,2 và 0,3
Giải: 
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 
0,01.2 + 0,2.3 =x.1 +y.2 x + 2y = 0,8 (*)
Khi cô cạn dung dịch khối lượng muối = S khối lượng các ion tạo muối
0,1.56+0,2.27 +x.35,5 +y.96= 46,9 35,5x +96y = 35,9 (**)
Từ (*) và (**) x = 0,2; y = 0,3 Đáp án D.
Ví dụ 3 : Chia hỗn hợp X gồm hai kim loại có hoá trị không đổi thành 2 phần bằng nhau.
 Phần 1: Hoà 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. 1,56 gam. 	B. 1,8 gam. 	C. 2,4 gam. 	 D. 3,12 gam.
Giải: 
Nhận xét: Tổng số mol ´ điện tích ion dương (của hai kim loại) trong hai phần là bằng nhau Tổng số mol ´ điện tích ion âm trong hai phần cũng bằng nhau
O2- 
Mặt khác: = = 2= 
 nO(trong oxit) = 0,04(mol)
 Trong một phần: mkim loại= moxit – moxi = 2,84 – 0,08.16 = 1,56 gam
 khối lượng hỗn hợp X = 2.1,56 = 3,12gam Đáp án D
Dạng 3: Kết hợp với bảo toàn nguyên tố
Ví dụ 4 : 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 chất. Giá trị của x là:
 A. 0,045 	B. 0,09. 	C. 0,135. 	D. 0,18.
Giải: 
- Áp dụng bảo toàn nguyên tố
Fe3+: x mol; Cu2+: 0,09 mol; : (x + 0,045) mol
- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích (trong dung dịch chỉ chứa các muối sunfat) ta có: 
3x + 2.0,09 = 2(x + 0,045) x = 0,09Đáp án B
Ví dụ 5 : Dung dịch X có chứa 5 ion : Mg2+, Ba2+ , Ca2+, 0,1 mol và 0,2 mol . Thêm dần V lít dung dịch K2CO3 1M vào X đến khi được lượng kết tủa lớn nhất thì giá trị V tối thiểu cần dùng là
 A. 150ml 	 	B. 300ml 	C. 200ml 	 D. 250ml
Giải:
Có thể quy đổi các ion Mg2+, Ba2+, Ca2+ thành M2+ (xem thêm phương pháp quy đổi)
M2+ +
Khi phản ứng kết thúc, phần dung dịch chứa K+, và 
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 
 = + = 0,15 (lít) = 150ml Đáp án A
Dạng 4: Kết hợp với việc viết phương trình ở dạng ion thu gọn
Ví dụ 6 : Cho tan hoàn toàn 15,6 gam hỗn hợp gồm Al và Al2O3 trong 500ml 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. 0,125 lít. 	 D. 0,52 lít.
Giải:
Dung dịch X chứa các ion Na+; ; dư (có thể). 
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: + = = 0,5
Khi cho HCl vào dung dịch X: 
H+ + H2O	(1)
H+ + + H2OAl(OH)3¯	(2)
3H+ + Al(OH)3 Al3++ 3H2O	(3)
Để kết tủa là lớn nhất không xảy ra (3) và nH+ = + nOH- = 0,5
VHCl = (lít) Đáp án B
Dạng 5: Bài toán tổng hợp
Ví dụ 7 : Hoàn toàn 10 gam hỗn hợp X gồm Mg và Fe bằng dung dịch HCl 2M. Kết thúc thí nghiệm thu được dung dịch Y và 5,6 lít H2 (đktc). Để kết tủa hoàn toàn các cation có trong Y cần vừa đủ 300ml dung dịch 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
Giải:
 nNaOH = 0,6 (mol) 
 Khi cho NaOH vào dung dịch Y (chứa các ion: Mg2+; Fe2+; H+ dư; ) các ion dương sẽ tác dụng với để tạo thành kết tủa. Như vậy dung dịch thu được sau phản ứng chỉ chứa Na+ và 
 = 0,6 = 0,6VHCl= Đáp án C
Ví dụ 8 : Để hoà tan hoàn toàn 20 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 cần vừa đủ 700ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch X và 3,36 lít H2 (đktc). Cho NaOH dư vào dung dịch X rồi lấy toàn bộ kết tủa thu được đem nung trong không khí đến khối lượng không đối thì lượng chất rắn thu được là
 A. 8 gam 	B. 16 gam 	C. 24 gam 	 D. 32 gam
Giải:
Với cách giải thông thường, ta viết 7 phương trình hoá học, sau đó đặt ẩn số, thiết lập hệ phương trình và giải
 Nếu áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có: 
Fe + 2HCl FeCl2 + H2
Số mol HCl hoà tan là Fe là: nHCl = = 0,3(mol)
Số mol HCl hoà tan các oxit = 0,7 – 0,3 = 0,4 mol
Theo định luật bảo toàn điện tích ta có: 
nO2-(oxit) = 
Có thể coi: 2Fe (trong X) Fe2O3
= 0,15mol = 24 gam Đáp án C
BÀI TẬP TỰ LUYỆN
Câu 1: Dung dịch X có chứa a mol Na+ ; b mol Mg2+ ; c mol và d mol . 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
Câu 2: Có hai dung dịch, mỗi dung dịch đều chứa hai cation và hai anion không trùng nhau trong các ion sau : K+: 0,15 mol, Mg2+: 0,1 mol, NH4+ : 0,25 mol, H+ : 0,2 mol. : 0,1 mol, : 0,075 mol, : 0,25 mol và : 0,15 mol. Một trong hai dung dịch trên chứa:
 A. K+, Mg2+, và 	B. K+, NH4+, và 
 C. NH4+, H+, và 	D. Mg2+, H+, và 
Câu 3 : Dung dịch Y chứa Ca2+ 0,1 mol, Mg2+ 0,3 mol, 0,4 mol, y mol. Khi cô cạn dung dịch Y thì lượng muối khan thu được là
 A. 37,4 gam	B. 49,8 gam. 	C. 25,4 gam. 	 D. 30,5 gam.
Câu 4 : Một dung dịch chứa 0,02 mol Cu2+, 0,03 mol K+, x mol 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. 0,03 và 0,02. 	B. 0,05 và 0,01 	 	 C. 0,01 và 0,03 	D. 0,02 và 0,05
Câu 5 : Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và x mol Cu2S vào dung dịch HNO3 vừa đủ, thu được dung dịch X chỉ chứa 2 muối sunfat của các kim loại và giải phóng khí NO duy nhất. Giá trị X là 
 A. 0,03 	B. 0,045	 	C. 0,06.	 	D. 0,09.
Câu 6 : Cho m gam hỗn hợp Cu, Zn, Mg tác dụng hoàn toàn với dung dịch HNO3 loãng, dư. Cô cạn cẩn thận dung dịch thu được sau phản ứng thu được (m + 62) gam muối khan. Nung hỗn hợp muối khan trên đến khối lượng không đổi thu được chất rắn có khối lượng là 
 A. (m + 4) gam. 	 B. (m + 8) gam. 	 	 C. (m + 16) gam. D. (m + 32) gam.
Câu 7 : Cho 24,4 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 dược bao nhiêu gam muối clorua khan 
 A. 2,66 gam 	B. 22,6 gam 	C. 26,6 gam 	 D. 6,26 gam
Câu 8 : Trộn dung dịch chứa Ba2+; 0,06 mol và Na+ 0,02 mol với dung dịch chứa 0,04 mol; 0,03 mol và Na+. Khối lượng kết tủa thu được sau khi trên là 
 A. 3,94 gam. 	B. 5,91 gam. 	 	C. 7,88 gam. 	 	 D. 1,71 gam
Câu 9 : Hoà tan hoàn toàn 5,94 gam hỗn hợp hai muối clorua của 2 kim loại nhóm IIA vào nước được 100ml dung dịch X. Để làm kết tủa hết ion có trong dung dịch X ở trên ta cho toàn bộ lượng dung dịch X ở trên tác dụng vừa đủ với dung dịch AgNO3. Kết thúc thí nghiệm, thu được dung dịch Y và 17,22 gam kết tủa. Khối lượng muối khan thu được khi cô cạn dung dịch Y là 
 A. 4,86 gam. 	B. 5,4 gam. 	C. 7,53 gam. 	 D. 9,12 gam.
Câu 10 : Dung dịch X chứa 0,025 mol ; 0,1 mol Na+ ; 0,25 mol NH4+ và 0,3 mol .Cho 270ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M vào 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 quá trình phản ứng giảm đi là. 
 A. 4,215 gam. 	B. 5,296 gam. 	C. 6,761 gam. 	 D. 7,015 gam. 
Câu 11 : Trộn 100ml dung dịch AlCl3 1M với 200ml dung dịch NaOH l,8M đến phản ứng hoàn toàn thì lượng kết tủa thu được là 
 A. 3,12 gam. 	B. 6,24 gam. 	C. 1,06 gam. 	 D. 2,08 gam. 
Câu 12 : Dung dịch B chứa ba ion K+ ; Na+ ; . 1 lít dung dịch B tác dụng với CaCl2 dư thu được 31 gam kết tủa. Mặt khác, nếu cô cạn một lít dung dịch B thu được 37,6 gam chất rắn khan. Nồng độ của hai ba ion K+ ; Na+ ; lần lượt là .
 A. 0,3M ; 0,3M và 0,6M 	B. 0,1M ; 0,1M và 0,2M
 C. 0,3M ; 0,3M và 0,2M 	D. 0,3M ; 0,2M và 0,2M
Câu 13 : Cho dung dịnh Ba(OH)2 đến dư vào 100ml dung dịch X gồm các ion : NH4+ , , rồi tiến hành đun nóng thì thu được 23,3 gam kết tủa và 6,72 lít (đktc) một chất khí duy nhất. Nồng độ kết tủa (NH4)2SO4 và NH4NO3 trong dung dịch X lần lượt là: 
 A. 1M và 1M. 	B. 2M và 2M. 	C. 1M và 2M. 	 D. 2M và 1M.
Câu 14 : Dung dịch X chứa các ion : Fe3+, SO42- , NH4+ , . Chia dung dịch X thành hai phần bằng nhau :
 - Phần một 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 hai 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) 
 A. 3,73 gam. 	B. 7,04 gam. 	C. 7,46 gam. 	 D. 3,52 gam.
ĐÁP ÁN
1A	2B	3A	4A	5C	6B	7C	
8A	9D	10C	11A	12C	13A	14C