Giải bài tập Hóa học hay và khó dựa trên sự bảo toàn điện tích của các ion trong dung dịch

GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC HAY VÀ KHÓ 
DỰA TRÊN SỰ BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH CỦA CÁC ION TRONG DUNG DỊCH
1. Cơ sở của phương pháp
	Trong dung dịch chất điện li, tổng số mol điện tích của ion dương bằng tổng số mol điện tích của ion âm.
2. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm Na2O và Al2O3 vào nước, thu được dung dịch X. Thêm từ từ dung dịch HCl 1M vào X, khi hết 100 ml thì bắt đầu xuất hiện kết tủa; khi hết 300 ml hoặc 700 ml thì đều thu được a gam kết tủa. Giá trị của a và m lần lượt là
A. 23,4 và 35,9.	B. 15,6 và 27,7.
C. 23,4 và 56,3.	D. 15,6 và 55,4.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT 
 Chu Văn An – Hà Nội, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Cho từ từ 0,1 mol HCl vào dung dịch X thì bắt đầu xuất hiện kết tủa, chứng tỏ trong X có 0,1 mol , các ion còn lại là Na+, . 
Cho từ từ 0,3 mol HCl vào X (TN1) hoặc cho 0,7 mol HCl vào X (TN2), thu được lượng kết tủa như nhau. Ở TN1, 0,1 mol H+ để trung hòa , còn 0,2 mol H+ phản ứng với tạo ra 0,2 mol Al(OH)3. Suy ra ở cả hai thí nghiệm ở TN1 chưa có hiện tượng hòa tan kết tủa, ở TN2 đã có hiện tượng hòa tan kết tủa.
Sơ đồ phản ứng :
Áp dụng bảo toàn điện tích cho các dung dịch sau phản ứng ở TN1, TN2, ta có :
Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn m gam ZnSO4 vào nước được dung dịch X. Nếu cho 110 ml dung dịch KOH 2M vào X (TN1) thì thu được 3a gam kết tủa. Mặt khác, nếu cho 140 ml dung dịch KOH 2M vào X (TN2) thì thu được 2a gam kết tủa. Giá trị của m là : 
	A. 17,71.	B. 16,10.	
C. 32,20.	D. 24,15.
(Đề thi thử Đại học lần 5 – THPT chuyên KHTN Hà Nội, năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn giải
Đặt 
Từ giả thiết, suy ra : Ở TN2 đã có hiện tượng hòa tan kết tủa. Ở TN1 có thể kết tủa đã bị hòa tan hoặc chưa bị hòa tan.
Nếu ở TN1 Zn(OH)2 chưa bị hòa tan, áp dụng bảo toàn điện tích trong các dung dịch sau phản ứng, ta có :
	Từ (*) suy ra : TN1 đã có hiện tượng hòa tan kết tủa : Không thỏa mãn.
Vậy ở TN1 Zn(OH)2 đã bị hòa tan, áp dụng bảo toàn điện tích trong các dung dịch sau phản ứng, ta có :
Ví dụ 3: Dung dịch X gồm NaOH x mol/l và Ba(OH)2 y mol/l và dung dịch Y gồm NaOH y mol/l và Ba(OH)2 x mol/l. Hấp thụ hết 0,04 mol CO2 vào 200 ml dung dịch X, thu được dung dịch M và 1,97 gam kết tủa. Nếu hấp thụ hết 0,0325 mol CO2 vào 200 ml dung dịch Y thì thu được dung dịch N và 1,4775 gam kết tủa. Biết hai dung dịch M và N phản ứng với dung dịch KHSO4 đều sinh ra kết tủa trắng, các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn. Giá trị của x và y lần lượt là
A. 0,1 và 0,075.	B. 0,05 và 0,1.	
C. 0,075 và 0,1.	D. 0,1 và 0,05.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Chuyên – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Coi phản ứng của 0,04 mol CO2 với dung dịch X là thí nghiệm 1 (TN1); phản ứng của Y với 0,0325 mol CO2 là thí nghiệm 2 (TN2).
Ở cả hai TN . Mặt khác, dung dịch sau phản ứng ở hai TN phản ứng với KHSO4 đều tạo ra kết tủa. Suy ra : Dung dịch sau phản ứng còn chứa Ba2+. Ion tạo ra đã chuyển hết vào BaCO3.	
Dung dịch sau các phản ứng chứa 
Sử dụng bảo toàn nguyên tố Ba, C và bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng, ta có:
Ví dụ 4: Hấp thụ hoàn toàn 7,84 lít CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch hỗn hợp NaOH 1M và KOH xM. Sau phản ứng làm bay hơi dung dịch được 37,5 gam chất rắn. Xác định x.
A. 1,5.	 	B. 1,0.	 C. 0,5.	 	D. 1,8.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Quỳnh Lưu 1 – Nghệ An, năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn giải
Theo bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng, bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố C ta có :
Ví dụ 5: Một dung dịch X chứa 0,1 mol Na+; 0,2 mol Ba2+; x mol và y mol . Cô cạn dung dịch X rồi lấy chất rắn đem nung đến khối lượng không đổi thu được 43,6 gam chất rắn. Giá trị của x và y lần lượt là
	A. 0,1 và 0,4. 	B. 0,14 và 0,36. 	
C. 0,45 và 0,05. 	D. 0,2 và 0,1.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN Hà Nội, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
● 	Nếu thì khi cô cạn dung dịch X và nung đến khối lượng không đổi sẽ thu được hỗn hợp gồm BaO, NaCl hoặc BaO, NaCl và BaCl2. Như vậy, ion đã được thay bằng ion . Theo giả thiết và bảo toàn điện tích, ta có :
● 	Nếu trường hợp không thỏa mãn thì ta xét trường hợp . Khi đó chất rắn sẽ gồm Na2CO3, BaO và NaCl. 
Ví dụ 6: Cho hỗn hợp gồm 1,12 gam Fe và 1,92 gam Cu vào 400 ml dung dịch chứa hỗn hợp gồm H2SO4 0,5M và NaNO3 0,2M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được dung dịch X và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Cho V ml dung dịch NaOH 1M vào dung dịch X thì lượng kết tủa thu được là lớn nhất. Giá trị tối thiểu của V là : 
	A. 120.	B. 240.	
C. 360.	D. 400.
(Đề thi thử Đại học lần 5 – THPT chuyên KHTN Hà Nội, năm học 2012 – 2013)
Hướng dẫn giải
Bản chất phản ứng của Fe, Cu với dung dịch hỗn hợp H2SO4, NaNO3 là phản ứng oxi hóa – khử. Xét toàn bộ quá trình phản ứng, ta thấy dung dịch cuối cùng chỉ chứa Na+, và .
Dựa vào giả thiết và áp dụng bảo toàn electron, bảo toàn điện tích cho dung dịch sau cùng, ta có :
Ví dụ 7: Hòa tan hoàn toàn 0,1 mol FeS2 trong 200 ml dung dịch HNO3 4M, sản phẩm thu được gồm dung dịch X và một chất khí thoát ra. Dung dịch X có thể hòa tan tối đa m gam Cu. Biết trong các quá trình trên, sản phẩm khử duy nhất của N+5 đều là NO. Giá trị của m là :
	A. 12,8.	B. 6,4.	
C. 9,6.	D. 3,2. 
(Đề thi tuyển sinh đại học khối B năm 2012)
Hướng dẫn giải
Sơ đồ phản ứng :
Áp dụng bảo toàn electron cho toàn bộ quá trình phản ứng, bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng và bảo toàn nguyên tố Fe, S, N, Cu, ta có :
	Suy ra : 
Ví dụ 8: Hoà tan hết 12,8 gam hỗn hợp X gồm Cu2S và FeS2 trong dung dịch có chứa a mol HNO3, thu được 31,36 lít khí NO2 (ở đktc và là sản phẩm duy nhất của sự khử N+5) và dung dịch Y. Biết Y phản ứng tối đa với 4,48 gam Cu giải phóng khí NO. Tính a ?
A. 1,8 mol.	B. 1,44 mol.	
C. 1,92 mol.	D. 1,42 mol.
(Đề thi thử Đại học lần 2 – THPT Hạ Hòa – 
Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết và áp dụng bảo toàn electron cho phản ứng của X với HNO3, ta có :
	Dung dịch Y gồm Fe3+, Cu2+, ,, H+. Khi cho Cu (tối đa) vào Y, Cu bị oxi hóa bởi (H+, ) và Fe3+. Vậy bản chất của bài toán là: Hỗn hợp Cu2S, FeS2 và Cu tác dụng với dung dịch HNO3, giải phóng hỗn hợp khí NO, NO2 và tạo ra dung dịch Z. Dung dịch Z có các ion Fe2+, Cu2+, , ion còn lại là H+ hoặc . Vì nên ion còn lại trong dung dịch Z là ion âm để cân bằng điện tích, đó là ion .
Áp dụng bảo toàn electron và bảo toàn điện tích trong dung dịch Z và bảo toàn nguyên tố N, ta có :
Ví dụ 9: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm FeS2 và Fe3O4 bằng 100 gam dung dịch HNO3 a% vừa đủ, thu được 15,344 lít hỗn hợp khí gồm NO và NO2 có khối lượng 31,35 gam và dung dịch chỉ chứa 30,15 gam hỗn hợp muối. Giá trị của a là
A. 46,24.	B. 43,115.	
C. 57,33. 	D. 63.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT Hùng Vương – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Từ giả thiết, suy ra :
Theo bảo toàn electron, bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng và giả thiết, ta có :
Ví dụ 10: Hòa tan hết 31,2 gam hỗn hợp Fe, FeO, Fe2O3 vào 800 ml dung dịch HNO3 2M vừa đủ, thu được V lít NO (đktc, sản phẩm khử duy nhất) và dung dịch X. Dung dịch X hòa tan tối đa 9,6 gam Cu. Giá trị của V là:
A. 8,21 lít.	B. 6,72 lít.	
C. 3,36 lít.	D. 3,73 lít.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – THPT chuyên KHTN Huế, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn : Sơ đồ phản ứng :
Xét toàn bộ quá trình phản ứng, ta thấy : Chất khử là Fe, Cu; chất oxi hóa là O và trong HNO3. Theo bảo toàn electron, bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng và giả thiết, ta có :
	Suy ra : 
Ví dụ 11: Hòa tan hoàn toàn 19,2 gam hỗn hợp X gồm Fe, FeO, Fe2O3, Fe3O4 trong 400 ml dung dịch HNO3 3M (dư), đun nóng, thu được dung dịch Y và V lít khí NO (là sản phẩm khử duy nhất). Cho 350 ml dung dịch NaOH 2M vào dung dịch Y, thu được 21,4 gam kết tủa và dung dịch Z. Giá trị của V là :
A. 3,36.	B. 5,04. 	
C. 5,6. 	D. 4,48.
(Đề thi thử Đại học – Trường THPT Lê Hồng Phong – Nam Định, năm học 2011 – 2012)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết, ta có :
Dung dịch Z chứa và có thể còn .
Quy đổi hỗn hợp X thành Fe và O. Theo bảo toàn khối lượng, bảo toàn electron, bảo toàn điện tích cho dung dịch Z và bảo toàn nguyên tố N, Fe, ta có :
Ví dụ 12: Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu(NO3)2 0,2M và H2SO4 0,25M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của m và V lần lượt là
	A. 17,8 và 4,48.	B. 17,8 và 2,24.	
C. 10,8 và 4,48.	D. 10,8 và 2,24.
(Đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2009)
Hướng dẫn giải
Sau phản ứng thu được 0,6m gam hỗn hợp kim loại, chứng tỏ Fe dư. Suy ra dung dịch sau phản ứng chứa các ion 
Áp dụng bảo toàn điện tích cho dung dịch sau phản ứng và bảo toàn electron, ta có :
Ví dụ 13: Cho m gam Fe vào 1 lít dung dịch X gồm H2SO4 0,1M, Cu(NO3)2 0,1M, Fe(NO3)3 0,1M. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 0,69m gam hỗn hợp kim loại, dung dịch Y và khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Giá trị m và khối lượng chất rắn khan thu được khi cô cạn dung dịch Y là:
 	A. 25,8 và 78,5. 	B. 25,8 và 55,7. 	
C. 20 và 78,5. 	D. 20 và 55,7.
 (Đề thi thử Đại học lần 3 – THPT Cẩm Khê – Phú Thọ, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Trong phản ứng của Fe với dung dịch X, chất khử là Fe, chất oxi hóa là , Fe3+ và Cu2+. Sau phản ứng thu được hỗn hợp kim loại, chứng tỏ Fe dư nên muối tạo thành trong dung dịch là Fe2+. 
Áp dụng bảo toàn electron trong phản ứng của Fe với dung dịch X, bảo toàn điện tích trong dung dịch Y và bảo toàn nguyên tố Fe, N, ta có :
	Theo bảo toàn khối lượng, ta có :
Ví dụ 14: Cho Zn tới dư vào dung dịch gồm HCl; 0,05 mol NaNO3 và 0,1 mol KNO3. Sau khi kết thúc các phản ứng thu được dung dịch X chứa m gam muối; 0,125 mol hỗn hợp khí Y gồm hai khí không màu, trong đó có một khí hóa nâu trong không khí. Tỉ khối của Y so với H2 là 12,2. Giá trị của m là
A. 61,375.	B. 64,05.	
C. 57,975.	D. 49,775.
(Đề thi thử Đại học lần 1 – Trường THPT Chuyên – Đại học Vinh, năm học 2013 – 2014)
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết, suy ra trong Y có NO (khí không màu hóa nâu trong không khí). 
Mặt khác, khí còn lại trong Y là H2. Vì đã có H2 sinh ra nên không còn trong dung dịch X.
Theo giả thiết, bảo toàn nguyên tố N, bảo toàn electron, ta có :
Theo bảo toàn điện tích trong dung dịch X và bảo toàn khối lượng, ta có :