Sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích trong giải bài tập hóa học

BÁO CÁO KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
I - LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Hiện nay Bộ Giáo Dục và Đào Tạo tiến hành đổi mới tồn diện về giáo dục ở các
cấp học trong đó có cấp Trung Học Phổ Thơng nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả đào
tạo. Công cuộc đổi mới này liên quan đến rất nhiều lĩnh vực như: đổi mới chương trình,
đổi mới sách giáo khoa, đổi mới thiết bị dạy học, đổi mới phương pháp dạy và học, đổi
mới quan niệm và cách thức kiểm tra đánh giá….
Đặc trưng của hình thức thi trắc nghiệm là các em học sinh phải làm bài thật nhanh
mới có thể đạt yêu cầu về mặt thời gian. Một bài toán nếu giải theo cách thông thường
phải mất khoảng 15-20 phút. Nhưng nếu biết cách giải nhanh thì chỉ cần từ 1,2-1,5 phút.
Mặt khác, việc sử dụng các phương pháp giải nhanh còn thúc đẩy quá trình phát triển
năng lực tư duy và rèn trí thơng minh cho học sinh trong dạy học mơn Hóa học ở trường
phổ thơng.
Mơn Hóa học đối với hầu hết các học sinh, là một môn học nặng nề với những lý
thuyết dài dịng, khó nhớ. Đặc biệt trong các kì thi tuyển sinh, các em ln xem mơn Hóa
học là một mơn “khó khăn” với các bài tập tính tốn rườm rà, phức tạp và những câu lý
thuyết không hề đơn giản như trong thuần túy sách giáo khoa đã học.
Đứng trước một bài toán, học sinh có nhiều phương pháp để lựa chọn khi giải tốn.
Vấn đề đặt ra là học dinh nên sử dụng phương pháp nào để đảm bảo được các yếu tố:
nhanh, chính xác và ngắn gọn. Trong nhiều năm giảng dạy ở trường phổ thơng, tơi nhận
thấy học sinh cịn nhiều sai lầm và lúng túng khi lựa chọn các phương pháp.

1


Với những lí do trên, tơi đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu, tham khảo các tài liệu để
xây dựng nên đề tài “Sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích trong giải bài tập Hóa
học” nhằm giúp học sinh có thêm sự lựa chọn khi giải tốn hóa học, biết cách áp dụng
trong từng bài toán cụ thể, giúp học sinh tự tin trong việc giải toán, đảm bảo được yếu tố

về nội dung và thời gian
II - MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Đề tài này được xây dựng nhằm mục đích làm rõ bản chất phương pháp bảo tồn
điện tích, phân loại các dạng bài tập. Mặt khác, thông qua việc sử dụng phương pháp bảo
tồn điện tích cịn giúp học sinh phát triển được tính tích cực, khả năng tư duy sáng tạo và
vận dụng thành thạo trong giải tốn hóa học.
III - NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Khái qt hóa nội dung phương pháp: Bảo tồn điện tích.
Phân loại và phương pháp giải của từng dạng toán.
IV - ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: học sinh các lớp …………….
Thời gian nghiên cứu: từ tháng 9/2019 đến tháng 10/2020.
V - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu: kiểm tra, đánh giá và so sánh kết quả, được thực hiện
theo các bước sau:
- Xác định đối tượng.
- Kiểm tra, đánh giá và tổng hợp kết quả thu được.
2


VI - CẤU TRÚC CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Phần I. Đặt vấn đề.
Phần II. Nội dung.
Phần III. Kết luận.
Phần IV. Kiến nghị và đề xuất.
PHẦN II: NỘI DUNG
I. Phương pháp bảo tồn điện tích
1. Nội dung phương pháp bảo tồn điện tích
- Cơ sở của phương pháp bảo tồn điện tích là định luật bảo tồn điện tích : Trong một
hệ cơ lập điện tích được bảo tồn.

Suy ra trong phân tử hợp chất ion hoặc dung dịch chất điện li , tổng giá trị điện tích
dương bằng tổng giá trị điện tích âm.
- Hệ quả của định luật bảo tồn điện tích:

�n

�
ie�
n t�
ch cu�
a ca�
c ion d�
�
ng

 �n�ie�
n t�
ch cu�
a ca�
c ion a�
m

● Hệ quả 1 :
Trong dung dịch: Tổng giá trị điện tích dương �số mol ion dương = Tổng giá trị
điện tích âm �số mol ion âm.
2


Ví dụ: Dung dịch X có a mol Mg2+, b mol Na+, c mol SO4 , d mol NO3 , e mol Cl .

Tìm mối quan hệ về số mol của các ion trong X.
Theo hệ quả 1 của định luật bảo tồn điện tích, ta có:
2.nMg2  1.nNa  2.nSO 2  1.nNO   1.nCl � 2a  b  2c  d  e
4

3

● Hệ quả 2:
Trong phản ứng trao đổi: Tổng giá trị điện tích dương �số mol ion dương phản ứng
= Tổng giá trị điện tích âm �số mol ion âm phản ứng.
3


Ví dụ: Cho từ từ V lít dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch chứa Na 2CO3 1M và
KHCO3 0,5M đến khi khơng cịn khí thốt ra thì dừng lại. Tính V.
Theo giả thiết, ta có:
nCO 2  nNa2CO3  1.0,1 0,1 mol; nHCO   nKHCO3  0,5.0,1 0,05 mol.
3

3

2

Bản chất phản ứng là ion H + tác dụng hoàn toàn với các ion CO3 và HCO3 , giải

phóng khí CO2.
Áp dụng hệ quả 2 của định luật bảo tồn điện tích, ta có:
1.nH pha�
 1.nHCO   2.nCO 2  0,25 mol � nHCl  nH  0,25 mol
n�

ng
�
{ 3
{3
0,05

� Vdd HCl 1M 

0,1

0,25
 0,25 l�
t.
1

● Hệ quả 3:
Khi thay thế ion này bằng ion khác: Số mol ion ban đầu �giá trị điện tích của nó =
Số mol ion thay thế �giá trị điện tích của nó.
Ví dụ : Cho 0,075 mol Fe2O3 phản ứng hồn tồn với 150 ml dung dịch HCl aM. Tính a.
Theo bảo tồn ngun tố O, ta có:

nO2  3nFe2O3  3.0,075  0,225 mol.

2
Fe2O3 phản ứng với HCl tạo ra FeCl 3. Như vậy, ion O trong Fe2O3 đã được thay thế

1.n  2.nO  2.0,225  0,45 mol.
bằng ion Cl nên Cl


Suy ra:

2

nHCl  nCl  0,45 mol � [HCl]  0,45:0,15  3M

Phương pháp bảo toàn điện tích là phương pháp giải bài tập hóa học sử dụng các hệ
quả của định luật bảo tồn điện tích.
2. Ưu điểm của phương pháp bảo tồn điện tích
a. Xét các hướng giải bài tập sau:
Câu 30 – Mã đề 384: Cho hỗn hợp K2CO3 và NaHCO3 (tỉ lệ mol 1 : 1) vào bình dung
dịch Ba(HCO3)2 thu được kết tủa X và dung dịch Y. Thêm từ từ dung dịch HCl 0,5M vào
4


bình đến khi khơng cịn khí thốt ra thì hết 560 ml. Biết toàn bộ Y phản ứng vừa đủ với
200 ml dung dịch NaOH 1M. Khối lượng kết tủa X là
A. 3,94 gam.

B. 7,88 gam.

C. 11,28 gam.

D. 9,85 gam.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012)
Hướng dẫn giải
● Cách 1 : Phương pháp thơng thường – Tính tốn theo phương trình phản ứng
Đặt

nK 2CO3  nNaHCO3  x mol; nBa(HCO3 )2  y mol � nCO 2  x mol; nHCO   (x  2y) mol.
3

Theo giả thiết :

3

nH  nHCl  0,5.0,56  0,28 mol; nOH  nNaOH  0,2.1  0,2 mol.


Kết tủa X là BaCO 3, dung dịch Y chứa các ion K +, Na+, HCO3 , ngồi ra cịn có thể có
2
Ba2+ hoặc CO3 .

Phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp NaHCO3 và K2CO3 vào bình chứa Ba(HCO3)2:
CO32 + Ba2+ � BaCO
3

(1)

Phản ứng xảy ra khi tiếp tục cho HCl vào bình đến khi khơng cịn khí thốt ra:

H+ + HCO3

� H2O + CO2

(2)

2
2H+ + CO3

� H2O + CO2

(3)

2H+ + BaCO3 � Ba2+ + H2O + CO2

(4)

Phản ứng xảy ra khi cho NaOH vào dung dịch Y:
OH 

HCO3

+

�

CO32

+ H2O

(5)

Từ giả thiết và các phản ứng (2), (3), (4) ta thấy:
nH  2nCO 2 (trong BaCO va�co�the�ca�trong Y )  nHCO  trong Y  0,28 � 3x  2y  0,28
3
1 43 4 4 44 23 4 4 4 4 43 1 4 2
43

(*)

x 2y

x


Từ giả thiết và (5) ta thấy số mol OH phản ứng là:

nOH  nHCO  � x  2y  0,2
3

(**)
5


Từ (*) và (**) suy ra : x = 0,04; y = 0,08.
Do

nBa(HCO3 )2  nK 2CO3 � nBaCO3  nK 2CO3  0,04 mol � mBaCO3  0,04.197  7,88 gam

● Cách 2 : Phương pháp bảo toàn điện tích (vẫn sử dụng cách gọi số mol như trên):
Sơ đồ phản ứng:
�
K  , Na
�
�
HCO3
�
K 2CO3

K  , Na
�
�
�
Ba(HCO3 )2
HCl
����
�
���
 CO2 �
�
� 2
� 2
2

NaHCO3
CO
hoa�
c
Ba
Ba
,
Cl
�
�
� 3
�
BaCO �
�
1 4 4432 4 4 43

trong b�
nh ch�
�
a

Để lập được phương trình 3x  2y  0,28 như ở trên, ta có thể đi theo 1 trong 2 hướng
như sau:
* Hướng 1: Áp dụng bảo tồn điện tích trong dung dịch sau phản ứng
Theo sơ đồ phản ứng ta thấy : Sau khi cho HCl phản ứng vừa hết với các chất trong

bình thì dung dịch thu được chứa các ion K+, Na+, Ba2+ và Cl .

Áp dụng bảo tồn điện tích trong dung dịch sau phản ứng, ta có:
nK   nNa  2nBa2  nCl � 3x  2y  0,28 (*)
{
{
{
{
2x

x

y

0,28

* Hướng 2: Áp dụng bảo tồn điện tích trong phản ứng
Bản chất của phản ứng giữa các cặp ion trái dấu là tạo ra những chất kết tủa, bay
hơi, điện li yếu trung hòa về điện. Phản ứng của HCl với các chất ở trong bình là phản
2


ứng của H+ với các ion CO3 (nằm trong kết tủa và có thể cả trong dung dịch) và HCO3

trong dung dịch nên ta có :
nH  2nCO 2  nHCO  � 3x  2y  0,28 (*)
{3
{ 3
x

x y


Khi cho dung dịch Y phản ứng với dung dịch NaOH thì chỉ có ion HCO3 phản ứng
2

với ion OH tạo ra CO3 .

6


OH 

Suy ra :

HCO3

+

�

CO32 + H O
2

nHCO   nOH � x  2y  0,2 (**)
3

3x  2y  0,28 �
x  0,04
�
��
�
�y  0,08
Vậy ta có : �x  2y  0,2

Do

nBa(HCO3 )2  nK 2CO3 � nBaCO3  nK 2CO3  0,04 mol � mBaCO3  0,04.197  7,88 gam

b. Nhận xét:
Với cách 1: Viết nhiều phản ứng (mặc dù đã sử dụng phản ứng ở dạng ion rút gọn –
phản ứng thể hiện rõ nét nhất bản chất phản ứng), mối liên quan về số mol các chất được
tính tốn dựa trên phản ứng. Tuy dễ hiểu nhưng phải trình bày dài dịng, mất nhiều thời
gian, chỉ phù hợp với hình thức thi tự luận trước đây.
Với cách 2: Mối liên quan về số mol các chất được tính tốn trực tiếp dựa vào sự bảo
tồn điện tích nên khơng phải viết phương trình phản ứng.
Ở cách 1, (*) được thiết lập dựa vào phản ứng ion rút gọn. Ở cách 2, (*) được thiết lập
dựa vào bảo tồn điện tích. Từ đó suy ra: Sử dụng phương trình ion rút gọn là đã gián
tiếp sử dụng bảo tồn điện tích.
c. Kết luận:
So sánh 2 cách giải ở trên, ta thấy: Phương pháp bảo toàn điện tích có ưu điểm là

trong q trình làm bài tập thay vì phải viết phương trình phản ứng, học sinh chỉ cần lập
sơ đồ phản ứng, tính tốn đơn giản dựa vào sự bảo tồn điện tích và cho kết quả nhanh.
Như vậy: Nếu sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích một cách hiệu quả thì có thể
tăng đáng kể tốc độ làm bài so với việc sử dụng phương pháp thơng thường là viết
phương trình phản ứng ở dạng phân tử hoặc bản chất hơn là viết phương trình ion rút
gọn.
3. Phạm vi áp dụng:

7


Phương pháp bảo tồn điện tích có thể giải quyết được nhiều dạng bài tập liên quan
đến phản ứng trong hóa vơ cơ, có thể là phản ứng oxi hóa – khử hoặc phản ứng khơng
oxi – hóa khử.
Một số dạng bài tập thường dùng bảo tồn điện tích là:
+ Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện ly.
+ Khí CO2 tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ.
2
+ Cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion CO3 hoặc chứa đồng thời các
2
HCO3
ion CO3 va�
.

+ Dung dịch axit tác dụng với dung dịch chứa ion [Al (OH )4 ] .

+ Phản ứng của kim loại, oxit, muối,... với dung dịch axit có tính oxi hóa hoặc
khơng có tính oxi hóa.
Để sử dụng thành thạo bảo tồn điện tích trong phản ứng, cần phải hiểu được bản chất
của phản ứng. Dưới đây là bảng tổng kết các phản ứng trao đổi ion thường gặp và biểu

thức bảo tồn điện tích trong phản ứng.
Phản ứng trao đổi

Bảo tồn điện tích

(khơng cần quan tâm đến hệ số cân bằng)

trong phản ứng

Ba2+

2
3

CO

+

�

BaCO3 �

nBa2  nCO 2
3

(Có thể thay ion Ba2+ bằng Ca2+, Mg2+; thay ion
CO32

Ba2+

SO42

+

Ag+

2
bằng SO3 )

+

Cl



�
�

BaSO4 �
AgCl �

nBa2  nSO 2
4

nAg  nCl




(Có thể thay ion Cl bằng ion Br , I )

2Ag+

+

S2

�

Ag2S �

nAg  2nS2

(Có thể thay ion Ag+ bằng ion Pb2+, Cu2+)
3Ag+ +

PO43

�

Ag3PO4 �

nAg  3nPO 3
4

8


(Có thể thay ion Ag+ bằng ion Ca2+, Mg2+, Ba2+)
2

Al3+ + CO3 + H2O � CO2 � + Al(OH)3 �

3nAl3  2nCO 2
3

(Có thể thay ion Al3+ bằng ion Fe3+)
H+

OH

OH

NH4+ +
Mn+

+

�

p

t
��
�

+ n OH



�

nH  nOH

H2O

NH3 � + H2O
M(OH)n �

nNH   nOH
4

n.nM n  nOH

(M là kim loại từ Mg đến Cu)
HCO3

+

OH

�

CO32

+

H2O

nHCO   nOH
3



(Đối với các ion HSO3 , HS phản ứng tương tự)

CO32

+

3

HCO

2H+ dư �
�

+ H+

CO2
CO2

+ H2O
+ H2O

2nCO 2  nH
3

nHCO   nH
3

4. Bảng tính nhanh số mol điện tích của ion
Từ ví dụ ở trên ta thấy: Có thể tính nhanh số mol điện tích ion như sau:
so�mol �
ie�
n t�
ch cu�
a ion  so�
mol ion �gia�
tr��
ie�
n t�
ch cu�
a no�

Bảng tính nhanh số mol điện tích của ion trong hợp chất ion, trong dung dịch chất
điện li
Chất

Số mol ion

Số mol điện tích

Số mol điện tích

của ion dương

của ion âm

Ba(OH)2

nBa2 ; nOH

2nBa2

nOH

H2SO4

nH ; nSO 2

nH

2nSO 2

nFe3 ; nNO 

3nFe3

nNO 

nK  ; nCO 2

nK 

2nCO 2

nNa ; nHCO 

nNa

nHCO 

nAl3 ; nO2

3nAl3

2nO2

4

Fe(NO3)3

3

K2CO3

3

NaHCO3

3

Al2O3

4

3

3

3

Đối với các chất khác ta tính tương tự.
9


II. Phân dạng bài tập và các ví dụ minh họa
Phương pháp bảo tồn điện tích thường sử dụng để tính tốn lượng chất trong phản
ứng trao đổi ion hoặc phản ứng oxi hóa – khử ở trong các bài tập hóa vơ cơ.
Phương pháp giải
- Bước 1: Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn q trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy
rõ bản chất hóa học của bài toán.
- Bước 2: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập : Khi gặp một trong các dạng
bài tập sau đây thì ta nên sử dụng phương pháp bảo tồn điện tích : (1) Đề bài cho dung
dịch chứa các chất phản ứng ở dạng ion; (2) phản ứng của CO 2 với dung dịch chứa hỗn
hợp các bazơ (NaOH, Ba(OH)2,....); (3) cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion
CO32 hoặc chứa đồng thời các ion CO32 và HCO3 ; (4) phản ứng của dung dịch axit



với dung dịch chứa ion [Al (OH )4 ] hoặc chứa đồng thời các ion OH và [Al (OH )4 ] ;

(5) phản ứng của dung dịch HCl, H2SO4 loãng hoặc dung dịch HNO3 với hỗn hợp kim
loại và oxit kim loại.
- Bước 3: Xác định giữa lượng chất cần tính và lượng chất đề cho có mối liên quan
với nhau bởi những ion nào. Từ đó xác định xem áp dụng bảo tồn điện tích trong dung
dịch hay bảo tồn điện tích trong phản ứng thì có lợi về mặt tính tốn hơn.
- Bước 4: Thiết lập phương trình: Tổng số mol điện tích của ion dương bằng tổng số
mol số mol điện tích của ion âm. Ngồi ra, kết hợp với các giả thiết khác để lập các
phương trình tốn học có liên quan. Từ đó suy ra lượng chất cần tính.

10


Lưu ý:
- Trong phương pháp bảo tồn điện tích, nếu xác định sai hoặc thiếu các ion tham gia
phản ứng hoặc có trong dung dịch thì bảo tồn điện tích khơng cịn đúng nữa.

► Các ví dụ minh họa ◄
2
+

Ví dụ 1: Dung dịch X chứa 0,12 mol Na+; x mol SO4 ; 0,12 mol Cl và 0,05 mol NH 4 .

Cho 300 ml dung dịch Ba(OH)2 0,1M vào X đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, lọc
bỏ kết tủa, thu được dung dịch Y. Cô cạn Y, thu được m gam chất rắn khan. Giá trị của m
là
A. 7,190.

B. 7,020.

C. 7,875.

D. 7,705.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2013)
Hướng dẫn giải
● Bước 1: Lập sơ đồ phản ứng biểu diễn q trình chuyển hóa giữa các chất, để thấy rõ
bản chất hóa học của bài toán.
BaSO4 � NH3 �
�

Na , NH4
�
� 
Cl , SO 2
�
1 44 2 4 443
dd X

�
Na , Cl  co�ca�
n
���
� Cha�
t ra�
n khan
�
...
�
1 4 2 43
dd Y

● Bước 2: Nhận dạng nhanh phương pháp giải bài tập:
Đề bài cho dung dịch chứa các chất phản ứng ở dạng ion, đây là dấu hiệu (1), chứng
tỏ bài tập này sẽ sử dụng bảo tồn điện tích trong dung dịch. Mặt khác, dung dịch X có
11


phản ứng trao đổi ion với Ba(OH)2 tạo ra kết tủa BaSO4 và khí NH3, chứng tỏ sẽ sử dụng
bảo tồn điện tích trong phản ứng.
● Bước 3: Xác định giữa lượng chất cần tính và lượng chất đề cho có mối liên quan với

nhau bởi những ion nào. Từ đó xác định xem áp dụng bảo tồn điện tích trong dung dịch
hay bảo tồn điện tích trong phản ứng thì có lợi về mặt tính tốn hơn.
2
Áp dụng bảo tồn điện tích trong dung dịch X để tính số mol ion SO4 . Áp dụng bảo
2

tồn điện tích trong phản ứng của các cặp ion Ba2+ và SO4 ; NH4+ và OH để tính số mol
2

của các ion Ba2+, SO4 , NH4+, OH đã phản ứng. Từ đó xác định xem trong dung dịch Y

có những ion nào, số mol là bao nhiêu, để tính khối lượng chất rắn sau khi cô cạn dung
dịch Y
● Bước 4: Thiết lập phương trình: Tổng số mol điện tích của ion dương bằng tổng số
mol số mol điện tích của ion âm. Ngoài ra, kết hợp với các giả thiết khác để lập các
phương trình tốn học có liên quan. Từ đó suy ra lượng chất cần tính.
Áp dụng bảo tồn điện tích cho dung dịch X, ta có:
nNa  nNH   nCl  2nSO 2 � x  0,025.
{
{4 {
{4
0,12

0,05

0,12

x

Căn cứ vào giả thiết và áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng của dung dịch X

với 0,03 mol Ba(OH)2, ta có:
nBa2  nSO 2
�
{
{4
nBa2 pha�
 nSO 2  0,025 �
�
nBa2 d�  0,005
�
�
n�
�
ng
0,025
�0,03
�
4
��
��
�
nOH  nNH 
nOH pha�
 nNH   0,05
nOH pha�
 0,01
�
�
�
n�

n
�
g
n�
�
ng
4
{
{4
�
0,05
�0,06


Như vậy, dung dịch Y gồm các ion Na +, Cl , Ba2+, OH . Khi cơ cạn dung dịch Y thu

được chất rắn có khối lượng là:
mcha�
t ra�
n  mNa  mCl   mBa2 d� mOH d�  7,875 gam
{
{
14 2 43 14 2 43
0,12.23

0,12.35,5

0,005.137

0,01.17

12



2
2
Ví dụ 2: Dung dịch X chứa a mol Na+; b mol HCO3 ; c mol CO3 và d mol SO 4 . Để tạo

kết tủa lớn nhất người ta phải dùng 100 ml dung dịch Ba(OH) 2 x mol/l. Biểu thức tính x
theo a và b là
A.

x

ab
0,1 .

B.

x

ab
0, 2 .

C.

x

ab

0,3 .

D.

x

ab
2 .

(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ năm 2012 – 2013)
Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng:
�
BaSO4 �
�
�
BaCO3 �
�
�
Na , HCO3
�
� 2
CO , SO42
�
1 4 43 2 4 43
dung d�
ch X

�
Na

�
� 
OH
�

2

Bản chất phản ứng : ion HCO3 phản ứng với ion OH tạo ra CO3 ; Ba2+ phản ứng
2
2
tạo kết tủa với ion SO4 có trong dung dịch X, ion CO3 có sẵn trong X và mới sinh ra.

Dung dịch sau phản ứng chỉ còn Na+ và OH .

● Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn
Các phản ứng xảy ra:
HCO3

mol:

b
Ba2+

mol: (b + c)
Ba2+


+ OH

�

+

b
CO32

�
�

CO32

+ H2O (1)

b

� BaCO3

(2)

� BaSO4

(2)

� (b + c)

+

SO42

13

mol:

�

d

d

Áp dụng bảo tồn điện tích cho dung dịch X, ta có: a = b +2c + 2d (*).
Theo (1), (2) và giả thiết suy ra:
Từ (*) suy ra :

c d 

nBa(OH)2  nBa2  b c  d (**)

.

a b
2 , thay vào (**), ta có:

nBa(OH)2  b  c  d  b 

a  b a b
a b

� [Ba(OH)2 ]  x 
2

2
0,2

● Cách 2: Sử dụng bảo tồn điện tích cho dung dịch sau phản ứng


Phản ứng của ion OH với ion HCO3 :

HCO3


+ OH

�

CO32

+ H2O

Theo phương trình phản ứng, ta có:
nOH pha�
 nHCO   b mol.
n�
�
ng
3

Áp dụng bảo tồn điện tích trong dung dịch sau phản ứng, ta có:
nOH  nNa  a mol.

Suy ra :

�n

OH

 (a  b) mol � nBa(OH)2 

a b
a b
mol � [Ba(OH)2 ]  x 
2
0,2

Ví dụ 3: Hỗn hợp X chứa Na 2O, NH4Cl, NaHCO3 và BaCl2 có số mol mỗi chất đều bằng
nhau. Cho hỗn hợp X vào H2O (dư), đun nóng, dung dịch thu được chứa
A. NaCl, NaOH, BaCl2.

B. NaCl, NaOH.

C. NaCl, NaHCO3, NH4Cl, BaCl2.

D. NaCl.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2007)
Hướng dẫn giải
Với bài tập này, phương pháp giải thông thường là sử dụng phương trình ion rút gọn.
Nhưng nếu sử dụng bảo tồn điện tích thì hiệu quả sẽ cao hơn nhiều.

14

Chọn số mol của mỗi chất là 1 mol. Cho X phản ứng với H 2O thì dung dịch sau phản

ứng chắc chắn có Na+, Cl và có thể có các ion khác. Tuy nhiên:

�
nNa  2nNa O  nNaHCO
{ 2 1 2 33
�
�
1
1
� nNa  nCl  3 mol
�
nCl  nNH4Cl  2nBaCl2
�
{
{
�
1
1
�

Do đó dung dịch sau phản ứng chỉ có NaCl do ion Na+ và Cl đã trung hịa điện tích.

Ở ví dụ 2 và 3, rõ ràng sử dụng bảo tồn điện tích tỏ ra hiệu quả hơn hẳn so với sử
dụng phương trình ion rút gọn. Tuy nhiên, đối với những bài tập mà phản ứng xảy ra
phức tạp như ví dụ 4 dưới đây, thì ta nên sử dụng kết hợp cả hai phương pháp trên.



Ví dụ 4: Dung dịch X chứa các ion: Ca 2+, Na+, HCO3 và Cl , trong đó số mol của ion

Cl là 0,1. Cho 1/2 dung dịch X phản ứng với dung dịch NaOH (dư), thu được 2 gam kết

tủa. Cho 1/2 dung dịch X còn lại phản ứng với dung dịch Ca(OH) 2 (dư), thu được 3 gam
kết tủa. Mặt khác, nếu đun sôi đến cạn dung dịch X thì thu được m gam chất rắn khan.
Giá trị của m là
A. 9,21.

B. 9,26.

C. 8,79.

D. 7,47.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2010)
Hướng dẫn giải
Bản chất phản ứng của dung dịch X với dung dịch kiềm:
HCO3 + OH

�

CO32

+ H2O

2
Ca2+ + CO3 � CaCO3 �

Khi cho dung dịch NaOH dư phản ứng với X (TN1), thu được lượng kết tủa nhỏ hơn
so với khi cho dung dịch Ca(OH) 2 dư phản ứng với X (TN2), chứng tỏ lượng Ca 2+ có sẵn
2
2
trong X khơng đủ để phản ứng với CO3 sinh ra. Như vậy, ở TN1 CO3 dư, Ca2+ phản
2
ứng hết, ở TN2 CO3 phản ứng hết. Ta có:

15


nCa2 trong X  nCaCO3 (TN1)  2.0,02  0,04 mol
�
�
�
nHCO  trong X  nCO 2  nCaCO3 (TN2)  2.0,03  0,06 mol
�
3
3


Suy ra dung dịch X có : 0,1 mol Cl , 0,06 mol HCO3 , 0,04 mol Ca2+ và Na+.

Áp dụng bảo tồn điện tích cho dung dịch X, ta có:
nNa  2nCa2  nHCO   nCl � nNa  0,08 mol.
{
{
{ 3 {
?

0,04

0,1

0,06

Khi cô cạn dung dịch X xảy ra phản ứng:
Ca2+ + 2 HCO3
mol: 0,03



o

t
��
�

CaCO3 + CO2 � + H2O �

� 0,06

�

0,03

� 0,03

Khối lượng chất rắn thu được khi cô cạn dung dịch X là:
mcha�

t ra�
n  mCa2  mNa  mCl   nHCO3  mCO2  mH2O  8,79 gam
{
{
{
{
{
{
0,04.40

0,08.23

0,1.35,5

0,06.61

0,03.44

0,03.18

Ví dụ 5: Nhỏ từ từ 0,25 lít dung dịch NaOH 1,04M vào dung dịch gồm 0,024 mol FeCl 3;
0,016 mol Al2(SO4)3 và 0,04 mol H2SO4 thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là
A. 2,568.

B. 4,128.

C. 1,560.

D. 5,064.

(Đề thi tuyển sinh Cao đẳng năm 2009)
Hướng dẫn giải
● Cách 1 : Sử dụng phương trình ion rút gọn
Từ giải thiết ta thấy:
nOH  nNaOH  0,26 mol; nFe3  nFeCl3  0,024 mol;
nAl3  2nAl2 (SO4 )3  0,032 mol; nH  2nH2SO4  0,08 mol.
{
14 2 43
0,04

0,016

Phương trình phản ứng:
OH 

mol:

+ H+ � H2O

(1)

0,08 � 0,08
3OH + Fe3+ � Fe(OH)3

(2)
16


mol:

0,072 � 0,024 �

0,024

3OH + Al3+ � Al(OH)3

mol:

0,096 � 0,032 �

(3)

0,032


Lượng OH tham gia ở các phản ứng (1), (2), (3) là 0,248 mol < 0,26 mol, nên có

0,012 mol OH tiếp tục tham gia phản ứng hòa tan Al(OH)3:

OH 

mol:


+ Al(OH)3 � [Al(OH)4 ]

(4)

0,012 � 0,012

Vậy sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được kết tủa gồm 0,024 mol Fe(OH) 3
và 0,02 mol Al(OH)3. Khối lượng kết tủa là:
m  mFe(OH)3  mAl(OH)3  4,128 gam
14 2 43 14 2 43
0,024.107

0,02.78

● Cách 2 : Sử dụng phương pháp bảo tồn điện tích
Áp dụng bảo tồn điện tích trong phản ứng, ta có:
nOH trung ho�
 nH  3nFe3  3nAl3  0,248 mol
a H va�
ta�
o ke�
t tu�
a
{
{
{
0,08

0,024

0,032

� nOH ho�
 n[Al(OH) ]  nAl(OH)3 b�ho�
a tan  0,26  0,248  0,012 mol.
a tan ke�

t tu�
a
4

� nAl(OH)3  nAl3  n[Al(OH) ]  0,02 mol.
4
{
14 2 43
0,032
0,012

� m  mFe(OH)3  mAl(OH)3  4,128 gam
14 2 43 14 2 43
0,024.107

0,02.78

Ví dụ 6: Cho m gam hỗn hợp Al, Fe vào 300 ml dung dịch HCl 1M và H 2SO4 0,5M thấy
thốt ra 5,6 lít H2 (đktc). Tính thể tích dung dịch NaOH 1M cần cho vào dung dịch X để
thu được kết tủa có khối lượng lớn nhất?
A. 300 ml.

B. 500 ml.

C. 400 ml.

D. 600 ml.

Hướng dẫn giải

17


Ở bài này cũng có hai cách giải là sử dụng phương trình ion rút gọn và bảo tồn điện
tích. Dưới đây là cách giải tối ưu hơn – sử dụng phương pháp bảo tồn điện tích.
Trong dung dịch axit, ta có:
nCl  nHCl  0,3 mol; nSO 2  nH2SO4  0,15 mol.
{
4
{
1.0,3

0,3.0,5

Sơ đồ phản ứng :
�
Na
�Al HCl, H2SO4
�
NaOH
�� 
� ����� dd X ���
Cl , SO42
�Fe
�

Cho NaOH vào X để thu được kết tủa lớn nhất thì dung dịch sau phản ứng chỉ còn các
2

ion Na+, Cl và SO4 .

Áp dụng bảo tồn điện tích trong dung dịch sau phản ứng và bảo tồn ngun tố Na,
ta có:
nNa  nCl  2nSO 2  0,6 mol � nNaOH  nNa  0,6 mol
{
{4
0,3

0,15

� Vdd NaOH 1M  0,6 l�
t  600 ml

Ví dụ 7: Trộn các dung dịch HCl 0,75M; HNO3 0,15M; H2SO4 0,3M với các thể tích bằng
nhau thì được dung dịch X. Trộn 300 ml dung dịch X với 200 ml dung dịch Ba(OH) 2
0,25M thu được m gam kết tủa và dung dịch Y có pH = x. Giá trị của x và m lần lượt là
A. 1 và 2,23.

B. 1 và 6,99.

C. 2 và 2,23.

D. 2 và 1,165.

(Đề thi thử lần 3 – THPT Chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2010 – 2011)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết, 300 ml dung dịch X được tạo thành từ 100 ml mỗi dung dịch axit : HCl
0,75M, HNO3 0,15M, H2SO4 0,3M. Do đó, trong 300 ml X có:
nH  nHCl  nHNO3  2nH2SO4  0,15 mol; nSO 2  nH2SO4  0,03 mol.
{

4
{
{
{
0,1.0,75

0,1.0,15

0,1.0,3

0,1.0,3

Trong 200 ml dung dịch Ba(OH)2 0,25M có:
18


nBa2  nBa(OH)2  0,05 mol; nOH  2nBa(OH)2  0,1 mol.
14 2 43
14 2 43
0,25.0,2

0,25.0,2

2
Căn cứ vào giả thiết và áp dụng bảo tồn điện tích trong phản ứng của Ba 2+ với SO4 ,

ta có:
nBa2  nSO 2 � nBaSO4  nBa2 pha�
 nSO 2  0,03 mol � mBaSO4  6,99 gam
n�

�
ng
4
{
{4
0,1

0,03


Căn cứ vào giả thiết và áp dụng bảo tồn điện tích trong phản ứng của H + và OH , ta

có:
nH  nOH � nH pha�
 nOH  0,1 mol � nH d�  nH trong Y  0,05 mol
n�
�
ng
{
{
0,15

0,1

� [H trong Y ] 

0,05
 0,1M � pH   lg[H ]  1
0,5

● Xét phản ứng: Cho từ từ dung dịch axit (chứa H +) vào dung dịch chứa muối cacbonat
2
2

hoặc chứa cả muối hiđrocacbonat (chứa CO3 hoặc chứa cả CO3 và HCO3 ).
2

Bản chất phản ứng là : H+ sẽ chuyển hết ion CO3 thành HCO3 , sau đó chuyển một

phần HCO3 thành CO2.

Nếu H+ không đủ để chuyển hết các ion này thành khí CO 2 thì áp dụng bảo tồn điện
tích trong phản ứng và bảo toàn nguyên tố C, ta có:
nH  nCO 2  nHCO  pha�
�
n�
�
ng
�
3
3
� nH  nCO 2  nCO2
�
3
n

n

CO
� HCO3 pha�

n�
�
ng
2

● Bây giờ ta sẽ vận dụng kết quả này để giải bài tập ở các ví dụ 8, 9:
Ví dụ 8: Cho từ từ từng giọt của dung dịch chứa b mol HCl vào dung dịch chứa a mol
Na2CO3 (TN1), thu được V lít CO2. Ngược lại, cho từ từ từng giọt của dung dịch chứa a
mol Na2CO3 vào dung dịch chứa b mol HCl (TN2) thu được 2V lít CO 2. Mối liên hệ giữa
a và b là
A. a = 0,8b.

B. a = 0,35b.

C. a = 0,75b.

D. a = 0,5b.
19


(Đề thi thử lần 1 – THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2010 – 2011)
Hướng dẫn giải
Nhận xét: Lượng HCl và Na2CO3 ở 2 thí nghiệm là như nhau, nhưng lượng CO 2 thu
2
được khác nhau, chứng tỏ lượng H+ không đủ để chuyển hết ion CO3 thành CO2.

● Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn
Ở TN1: Khi cho từ từ dung dịch HCl và dung dịch Na 2CO3 sẽ xảy ra phản ứng theo
2


thứ tự ưu tiên do tính bazơ của CO3 lớn hơn HCO3 :
2
H+ + CO3

mol:

HCO3

�

a

�

a

�

H+

+

HCO3

a

�

mol: (b – a) � (b – a)

(1)

CO2 + H2O

(2)

� (b – a)

Ở TN2 : Khi cho từ từ dung dịch Na 2CO3 và dung dịch HCl sẽ có khí CO2 giải phóng
ngay, do lượng HCl trong dung dịch dư hơn nhiều so với lượng Na2CO3 cho vào:
2
2H+ + CO3

mol:

b

� CO2 + H2O

� 0,5b

�

(3)

0,5b

Từ (1), (2), (3) và giả thiết, ta có:
nCO2 (TN1)
nCO2 (TN2)



VCO2 (TN1)
VCO2 (TN2)

�

b a V

� a  0,75b
0,5b 2V

● Cách 2: Sử dụng bảo tồn điện tích trong phản ứng
2


Ở TN1: H+ sẽ chuyển hết ion CO3 thành HCO3 , sau đó chuyển một phần HCO3

thành CO2.
Sử dụng kết quả ở trên, ta có:
nH  nCO 2  nCO2 � nCO2  (b  a) mol.
{
{
{3
b

a

?

20


2
Ở TN2 : CO3 phản ứng với H+ để giải phóng CO2. Áp dụng bảo tồn điện tích trong

phản ứng và bảo tồn ngun tố C, ta có:
nH  2nCO 2 pha�
�
n�
�
ng
�
3
� nH  2nCO2 � nCO2  0,5b mol.
�
{
{
nCO 2 pha�
 nCO2
�
n
�
�
n
g
3
b
?

�

nCO2 (TN1)
nCO2 (TN2)



VCO2 (TN1)
VCO2 (TN2)

�

b a V

� a  0,75b
0,5b 2V

Ví dụ 9: Cho từ từ 450 ml dung dịch HCl 1M vào 500 ml dung dịch X gồm Na 2CO3 và
NaHCO3 thì thu được 5,6 lít khí (đktc) và dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với
dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 19,7 gam kết tủa. Nồng độ mol của Na 2CO3 và
NaHCO3 trong dung dịch X lần lượt là
A. 0,2M và 0,15M. B. 0,2M và 0,3M.

C. 0,3M và 0,4M.

D. 0,4M và 0,3M.

(Đề thi thử lần 1 – THPT Chuyên Nguyễn Huệ – Hà Nội, năm học 2011 – 2012)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết :

nH  nHCl  1.0,45  0,45 mol; nCO2 

5,6
19,7
 0,25 mol; nBaCO3 
 0,1 mol.
22,4
197

Sử dụng kết quả ở trên, ta có:
nH  nCO 2  nCO2 � nCO 2  0,2 mol � nNa2CO3  0,2 mol.
3
{
{
{3
0,45

0,25

?

Áp dụng bảo tồn ngun tố C, ta có:
nCO 2  nHCO   nCO2  nBaCO3 � nHCO   0,15 mol � nNaHCO3  0,15 mol.
3
{
{3
{ 3 {
0,2

?

� [Na2CO3] 

0,25

0,1

0,2
0,15
 0,4M; [NaHCO3] 
 0,3M.
0,5
0,5

21


● Xét bài tốn sau: Hấp thụ hồn tồn khí CO 2 vào dung dịch chứa đồng thời NaOH,
1

Ba(OH)2. Biết

�n

OH

nCO2

2

. Tìm mối quan hệ giữa

nCO2 , nOH , nCO 2
3

?

Hướng dẫn giải
1

Vì

�n

OH

nCO2

2

2


nên OH đã hết và phản ứng tạo ra cả hai muối CO3 và HCO3 .

2


Như vậy, ion OH đã được thay thế bởi các ion CO3 và HCO3 .

Áp dụng bảo tồn điện tích và bảo tồn ngun tố C, ta có kết quả sau:
nOH  nHCO   2nCO 2
�
�
3
3
� nOH  nCO2  nCO 2
�
3
n

n
  n
2
CO
� 2
HCO3
CO3

Mở rộng ra, đối với phản ứng của SO2 với dung dịch kiềm, tạo ra cả muối axit và
muối trung hịa, ta cũng có:

nOH  nSO2  nSO 2
3

● Bây giờ ta sẽ vận dụng kết quả này để giải bài tập ở các ví dụ 10, 11:

Ví dụ 10: Hấp thụ hồn tồn 4,48 lít khí CO2 (ở đktc) vào 500 ml 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. 9,85.

B. 11,82.

C. 17,73.

D. 19,70.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2008)
Hướng dẫn giải
● Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn
Theo giả thiết, ta có:
nCO2 

4,48
 0,2 mol; nBa2  nBa(OH)2  0,1 mol;nOH  2nBa(OH)2  nNaOH  0,25 mol.
14 2 43
14 2 43 {
22,4
0,5.0,1
0,2.0,5

0,2.0,5

22


1

Do

nOH

2

nCO2


2
nên phản ứng tạo ra cả muối axit HCO3 và muối trung hịa CO3 .

Phương trình phản ứng:
2
� CO3


CO2 + 2OH

mol:

x

�

�

2x

y

�

x


� HCO3


CO2 + OH

mol:

(1)

�

y

2
Ba2+ + CO3

(2)

y

� BaCO3

(3)

Từ (1) và (2) ta có:
�

�
x  y  0,2
x  0,05
��
�
2x  y  0,25 �
y  0,15
�

Vì

nBa2  nCO 2
{
{3
0,1

0,05

2
nên mol BaCO3 tính theo mol CO3 , ta có:

nBaCO3  nCO 2  0,05 � mBaCO3  0,05.197  9,85 gam
3

● Cách 2 : Sử dụng bảo tồn điện tích
Theo giả thiết, ta có:
nCO2 

4,48
 0,2 mol; nBa2  nBa(OH)2  0,1 mol;nOH  2nBa(OH)2  nNaOH  0,25 mol.

14 2 43
14 2 43 {
22,4
0,5.0,1
0,2.0,5

1

Do

nOH
nCO2

2

0,2.0,5


2
nên phản ứng tạo ra cả muối axit HCO3 và muối trung hòa CO3 .

Vận dụng kết quả trên, ta có:
nCO 2  nOH  nCO2  0,05 mol.
3
{
{
0,25

Vì

nBa2  nCO 2
{
{3
0,1

0,05

0,2

2
nên mol BaCO3 tính theo mol CO3 , ta có:

23


nBaCO3  nCO 2  0,05 � mBaCO3  0,05.197  9,85 gam
3

Ví dụ 11: Cho V lít khí CO2 hấp thụ hoàn toàn bởi 200 ml dung dịch X gồm Ba(OH) 2
0,5M và NaOH 1,0M. Tính V để kết tủa thu được là cực đại?
A. 2,24 lít ≤ V≤ 6,72 lít.

B. 2,24 lít ≤ V ≤ 5,6 lít.

C. 2,24 lít ≤V ≤ 8,96 lít.

D. 2,24 lít ≤V ≤ 4,48 lít.

(Đề thi thử lần 1 – THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2010 – 2011)
Hướng dẫn giải

Theo giả thiết, ta có:
nOH  2nBa(OH)2  nNaOH  0,4 mol; nBa2  nBa(OH)2  0,1 mol.
14 2 43 {
14 2 43
1.0,2
0,5.0,2

0,5.0,2

Khi sục CO 2 vào X, để tạo thành lượng kết tủa lớn nhất thì
nCO 2 ta�
�nBa2  0,1 mol.
o tha�
nh
3

Ta có:
�
ne�
u OH d�: nCO min  nCO 2  0,1
2
3
�
nCO2 min  0,1 �
�
�
�VCO2 min  2,24

�
�

�
�
�
ne�
u OH he�
t : nCO 2  nOH  nCO2 max
n

0,3
3
{
CO
max
�
�
�VCO2 max  6,72
1
4
2
4
3
{
2
0,4
?
0,1
�

Suy ra : Khi

2,24 �VCO2 �6,72

thì

nCO 2 ta�
�0,1 mol
o tha�
nh
3

và lượng kết tủa đạt cực đại.


● Xét phản ứng của dung dịch axit với dung dịch chứa ion [Al(OH)4 ]


Bản chất của phản ứng là: H + lấy OH để tạo ra H2O. Nếu H+ lấy 1 nhóm OH trong

[Al(OH)4 ]


thì sẽ tạo ra Al(OH)3, cịn nếu lấy cả 4 nhóm OH thì sẽ tạo ra Al3+.


Vậy áp dụng bảo tồn điện tích trong phản ứng và bảo tồn nhóm OH , ta có kết quả

sau:
nH  nOH pha�
�
n�

�
ng
�
� nH  4n[Al(OH) ]  3nAl(OH)3
�
4
nOH pha�
 4n[Al(OH) ]  3nAl(OH)3
�
n�
�
ng
4
24


● Bây giờ ta sẽ sử dụng kết quả trên để giải bài tập này ở các ví dụ 12, 13:
Ví dụ 12: Cho 200 ml dung dịch Y gồm Ba[Al(OH) 4]2 0,1M và NaOH 0,1M tác dụng với
dung dịch HNO3 thu được 0,78 gam kết tủa. Số mol HNO3 tối đa cần dùng là
A. 0,15.

B. 0,13.

C. 0,18.

D. 0,07.

(Đề thi thử lần 2 – THPT Chuyên Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2010 – 2011)
Hướng dẫn giải
Nhận xét: Do

nAl(OH)  n[Al(OH) ]
3

4

nên cịn một lượng ion nhơm nằm trong dung dịch ở


dạng [Al(OH)4 ] dư hoặc Al3+.

Sơ đồ phản ứng:
�
NaNO3
�
Ba(NO3)2
 Al(OH)3 �
�
�
Ba[Al(OH)4]2 d�
�
�
Ba[Al(OH)4 ]2
�
NaOH
�
�
NaNO3
�
Ba(NO3)2  Al(OH)3 �

�
�
Al(NO3)3
�

Như vậy, phản ứng có thể xảy ra theo hai hướng khác nhau:


Hướng (1): H + trung hịa hết OH , sau đó chuyển [Al(OH)4 ] thành 0,01 mol Al(OH)3.

Trường hợp này lượng H+ phản ứng ít nhất.


Hướng (2): H+ trung hịa hết OH và chuyển hết [Al(OH)4 ] trong dung dịch thành

Al(OH)3, sau đó hịa tan bớt Al(OH)3 để cuối cùng cịn 0,01 mol Al(OH)3. Trường hợp
này H+ phản ứng là nhiều nhất. Theo u cầu của bài, ta tính tốn lượng H + theo hướng
(2).
● Cách 1: Sử dụng phương trình ion rút gọn
H+ +

OH 

�

H2O

(1)
25