Bài tập phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

(a) NH₄⁺ + OH^- → NH₃ + H₂O

(b) NH₄⁺ + HCO₃ ^- → NH₃ + CO₃^2- + 2H₂O

(c) HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

(d) Ba²⁺ +  HCO₃^- + OH^- →  BaCO₃↓ + CO₃^2- + 2H₂O

(d) Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃↓

Vậy chỉ có 1 phương trình (c) có có phương trình ion rút gọn HCO₃^‑ + OH^‑ → CO₃^2- + H₂O

Dãy gồm các chất có thể cùng tồn tại trong 1 dung dịch là các chất không phản ứng được với nhau

A sai vì BaCl₂ có thể tác dụng với Na₂SO₄; Na₂CO₃ có thể tác dụng với H₂SO₄

C sai vì Na₂CO₃ có thể tác dụng với BaCl₂

D sai vì HCl có thể tác dụng với NaOH và Na₂CO₃

Các ion có thể cùng tồn tại với nhau trong dung dịch thì không phản ứng với nhau

B sai vì:  NH₄⁺ + OH^- → NH₃ + H₂O

C sai vì:  3Fe²⁺ + NO₃^- + 4H⁺ → 3Fe³⁺ + NO + 2H₂O

D sai vì Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄

Dãy gồm các ion không thể cùng tồn tại trong một dung dịch là $N{a^ + },\,\,{K^ + },\,\,HSO_4^ - ,\,\,O{H^ - }$

Vì: HSO₄^- + OH^- → SO₄^2- + H₂O

(1) SO₄^2- + Ba²⁺ → BaSO₄                              (4) 2H⁺ + SO₄^2- + BaSO₃ → BaSO₄ + SO₂ + H₂O

(2) SO₄^2- + Ba²⁺ → BaSO₄                              (5) 2NH₄⁺ + SO₄^2- + Ba²⁺ + OH^- → BaSO₄ + NH₃ + H₂O

(3) SO₄^2- + Ba²⁺ → BaSO₄                             (6) SO₄^2- + Ba²⁺ → BaSO₄     

=> Các phản ứng có cùng phương trình ion rút gọn là: (1), (2), (3), (6).

Áp dụng ĐLBT điện tích: dung dịch luôn trung hòa về điện

$= > {\text{ }}2.{n_{C{a^{2 + }}}}{\text{ }} = {\text{ }}1.{n_{N{O_3}^ - }}{\text{ = > 2}}{\text{.0,1 = 1}}{\text{.x }} = > {\text{ x = 0,2 (mol)}}$

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích ta có:

0,01.2 + 0,03.1 = x.1 + y.3 (1)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m_muối = ${\text{ }}\sum {{m_{ion}}} {\text{ = > 2,59 = 0,01}}{\text{.24 + 0,03}}{\text{.23 + x}}{\text{.35,5 + y}}{\text{.95 (2)}}$

- Giải hệ hai phương trình (1) và (2) ta được: x = 0,02; y = 0,01

Dung dịch luôn trung hòa về điện nên: $\sum {{n_{{\text{( + )}}}}} = \sum {{n_{{\text{( - )}}}}} $

A. 0,1.1 + 0,1.2 + 0,15 ≠ 0,25.1 + 0,1. 1

B. 0,2.2 + 0,25.1 = 0,25.1 + 0,4.1

C. 0,1.1 + 0,2.2 = 0,05.1 + 0,05.1 + 0,2.1

D. 0,2.2 + 0,1.1 + 0,1.1 = 0,25.2 + 0,05.1 + 0,05.1

Bước 1: Áp dụng ĐLBT điện tích:

${n_{C{a^{2 + }}}} + {n_{M{g^{2 + }}}} = {n_{C{l^ - }}} + {n_{HCO_3^ - }}$

$=>{n_{HCO_3^ - }} = (0,1.2 + 0,3.2) - 0,4 = 0,4(mol)$

Bước 2: Khi cô cạn dung dịch $HCO_3^ - $ chuyển thành $CO_3^{2 - }$theo phương trình:

$=>{n_{CO_3^{2 - }}} = \frac{1}{2}.{n_{HCO_3^ - }} = 0,2(mol)$

Bước 3: Khối lượng của muối

m = m_{kim loại} + m_{gốc axit}

$m = {m_{C{a^{2 + }}}} + {m_{M{g^{2 + }}}} + {m_{C{l^ - }}} + {m_{CO_3^{2 - }}}$

$m = 40.0,1 + 24.0,3 + 35,5.0,4 + 60.0,2 = 37,4(g)$

\(\left\{ \begin{array}{l}F{\rm{e}}{S_2}\\C{u_2}S\end{array} \right. + HN{O_3} \to \left\{ \begin{array}{l}F{{\rm{e}}_2}{(S{O_4})_3}\\CuS{O_4}\end{array} \right. + NO + {H_2}O\)

- Bảo toàn nguyên tố S ta có: ${{n}_{SO_{4}^{2-}}}=2.{{n}_{F\text{e}{{S}_{2}}}}+{{n}_{C{{u}_{2}}S}}=2\text{x}+0,025$

→ dung dịch sau phản ứng chứa: Fe³⁺: x mol; Cu²⁺: 0,05; SO₄^2-: (2x + 0,025) mol

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích: 3x + 2.0,05 = 2.(2x + 0,025) → x = 0,05

Vì cả ba ion Mg²⁺, Ca²⁺ và Ba²⁺ đều tạo kết tủa với CO₃^2- nên đến khi được kết tủa lớn nhất thì dung dịch chỉ chứa Na⁺, Cl^-, và NO₃^-.

Gọi n_Na2CO3 = a mol => n_Na+ = 2a mol

Áp dụng định luật bảo toàn toàn điện tích ta có:

$\sum {{\text{ }}{n_{{\text{( + )}}}}} {\text{ }} = {\text{ }}\sum {{\text{ }}{n_{{\text{( - )}}}}} = > 2a.1 = {\text{ }}0,125.1 + 0,25.1 = > {\text{ }}a = 0,1875{\text{ }}(mol)$

$ = > V = n:{C_M} = 0,1875(l)$

${n_{N{a^ + }}}{\text{ }} = {\text{ }}{n_{O{H^ - }}}{\text{ }} = {\text{ }}{n_{NaOH}}{\text{ }} = {\text{ }}0,3.2{\text{ }} = {\text{ }}0,6{\text{ }}(mol)$

Dung dịch Y chứa Mg²⁺, Fe²⁺, H⁺ dư (nếu có), Cl^-. Khi cho Y tác dụng với dung dịch NaOH vừa đủ thì dung dịch thu được sau phản ứng chỉ còn lại Na⁺ và Cl^-.

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho dung dịch này ta có:

${n_{C{l^ - }}} = {n_{N{a^ + }}} = 0,6{\text{ }}(mol)$

$ = > {V_{HCl}}{\text{ }} = {\text{ }}n:{C_M}{\text{ }} = {\text{ }}0,6:3{\text{ }} = {\text{ }}0,2(l)$

Nhận xét: Tổng số mol điện tích ion dương (của 2 kim loại) ở 2 phần là bằng nhau. Suy ra, tổng số mol điện tích ion âm ở 2 phần cũng bằng nhau.

${n_{{H_2}(KTC)}} = {\text{ }}0,08{\text{ }}(mol){\text{ }} = > {\text{ }}{n_{HCl}}{\text{ }} = {\text{ }}2{n_{{H_2}}} = {\text{ }}0,16(mol) = > {n_{C{l^ - }}}{\text{ }} = {\text{ }}0,16{\text{ }}(mol)$

$ = > 2.{n_{{O^{2 - }}(trong{\text{ oxit)}}}}{\text{ }} = {\text{ }}1.{n_{C{l^ - }(trong{\text{ muối )}}}}$

$ = > 2.{n_{{O^{2 - }}(trong{\text{ oxit)}}}}{\text{ }} = {\text{ }}1.0,16{\text{ }} = > {\text{ }}{n_{{O^{2 - }}(trong{\text{ oxit)}}}}{\text{ }} = {\text{ }}0,08{\text{ (mol)}}$

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho phản ứng ở phần 2:

${m_{oxit}} = {\text{ }}{m_{KL}}{\text{ }} + {\text{ }}{m_O} = > 2,84 = {\text{ }}{m_{KL}}{\text{ }} + {\text{ }}0,08.16 = > {\text{ }}{m_{KL}} = 1,56{\text{ }}(g){\text{ }}$

$ = > {m_X} = 2.1,56 = 3,12(g)$

- \(BTDT:2{n_{B{a^{2 + }}}} + {n_{N{a^ + }}} = {n_{O{H^ - }}}\)

\( = > {\text{2}}{\text{.}}{{\text{n}}_{B{a^{2 + }}}}{\text{ + 1}}{\text{.0}}{\text{,02 = 1}}.{\text{0}},{\text{06 = }} > {{\text{n}}_{B{a^{2 + }}}}{\text{ }} = {\text{ }}0,02(mol)\)

$- {\text{ HCO}}_3^ - {\text{ }} + {\text{ }}O{H^ - }{\text{ }}\xrightarrow{{}}{\text{ }}C{O_3}^{2 - }{\text{ }} + {\text{ }}{H_2}O$

=> \({n_{C{O_3}^{2 - }}}=0,07\)

- \({n_{C{O_3}^{2 - }}}\) > nBa²⁺

\({n_{Ba}}_{C{O_3}} = {n_{B{a^{2 + }}}} = 0,02mol\)

$= > {m_{BaC{O_3} \downarrow }}{\text{ }} = {\text{ }}0,02.197{\text{ }} = 3,94(g)$

- Khối lượng dung dịch giảm đi chính là khối lượng chất kết tủa và chất khí bay lên

${n_{Ba{{(OH)}_2}}} = {\text{ }}0,27.0,2{\text{ }} = {\text{ }}0,054{\text{ }}(mol)$

$-C{O_3}^{2 - } + B{a^{2 + }}\xrightarrow{{}}BaC{O_3} \downarrow $

$N{H_4}^ + + O{H^ - }\xrightarrow{{}}N{H_3} \uparrow + {H_2}O$

$-{m_{BaC{O_3}}} + {m_{N{H_3}}} = 0,025.197 + 0,108.17 = 6,761(g)$

- Phần 1: n_NH3 = 0,03 mol; n_Fe(OH)3 = 0,01 mol => n_Fe3+ = 0,01 mol

NH₄⁺ + OH^- → NH₃ + H₂O

n_NH4+ = n_NH3 = 0,03 mol

Phần 2: n_BaSO4 = 0,02 mol => n_SO4 = 0,02 mol

- Bảo toàn điện tích: $3.{n_{F{e^{3 + }}}} + {\text{ }}1.{n_{NH_4^ + }} = {\text{ }}2.{n_{SO_4^{2 - }}} + {\text{ }}1.{n_{C{l^ - }}}$ 

=> 3.0,01 + 1.0,03 = 2.0,02 + n_Cl- => n_Cl- = 0,02 mol

- Bảo toàn khối lượng (trong 1 phần)

${m_{F{e^{3 + }}}} + {\text{ }}{{\text{m}}_{NH_4^ + }}{\text{ + }}{{\text{m}}_{SO_4^{2 - }}} + {\text{ }}{{\text{m}}_{C{l^ - }}} = 0,01.56 + 0,03.18 + 0,02.96 + 0,02.35,5 = 3,73\,\,gam$

=> cô cạn dung dịch X thu được: m_muối = 2.3,73 = 7,46 gam

- Muối thu được chứa: Na⁺; K⁺; Cl⁻

$- {n_{BaC{O_3} \downarrow }} = {\text{ }}0,2(mol){\text{ }} = > {n_{B{a^{2 + }}}} = {\text{ }}{n_{C{O_3}^{2 - }}} = {\text{ }}0,2{\text{ }}(mol)$

$= > {n_{C{l^ - }}} = {\text{ }}2{n_{B{a^{2 + }}}} = {\text{ }}0,4{\text{ }}(mol)$

$-{m_{hh}} = {m_{N{a^ + }}} + {\text{ }}{m_{{K^ + }}}{\text{ }} + {\text{ }}{m_{C{O_3}^{2 - }}}$

$= > {m_{N{a^ + }}} + {m_{{K^ + }}} = {\text{ }}2,24 - 0,2.60{\text{ }} = {\text{ }}10,4{\text{ }}(g)$

$= > {m_{muối{\text{ }}clorua}} = {\text{ }}10,4 + 0,4.35,5{\text{ }} = {\text{ }}24,6{\text{ }}(g)$

- Áp dụng bảo toàn nguyên tố

→ dung dịch sau phản ứng chứa: Fe³⁺: x mol; Cu²⁺: 2y; SO₄^2-: (2x + y) mol

- Áp dụng định luật bảo toàn điện tích :  

\(3{n_{F{e^{3 + }}}} + 2{n_{C{u^{2 + }}}} = 2{n_{S{O_4}^{2 - }}}\)

=> 3x + 2.2y = 2.(2x + y) → x = 2y

$-{n_{C{a_3}{{(P{O_4})}_2}}}{\text{ }} = {\text{ }}0,1{\text{ }}(mol){\text{ }} = > {\text{ }}{n_{P{O_4}^{3 - }}}{\text{ }} = {\text{ }}0,2{\text{ }}(mol){\text{ }} = > {\text{ }}{C_M}{\text{ }} = {\text{ }}0,2{\text{ }}M$

- Áp dụng BTĐT và BTKL ta có

\(\left\{ \begin{gathered}
{n_{{K^ + }}} + \,{n_{N{a^ + }}} = 3{n_{P{O_4}^{3 - }}} \hfill \\
m{\,_{ran\,khan}} = {m_{{K^ + }}} + {m_{N{a^ + }}} + {m_{P{O_4}^{3 - }}} \hfill \\
\end{gathered} \right.\)

$=>\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{1.x + 1.y{\text{ }} = {\text{ }}3.0,2} \\ {39x + 23y + 95.0,2{\text{ }} = {\text{ }}37,6} \end{array}} \right.{\text{ }} = > {\text{ }}\left\{ {\begin{array}{*{20}{c}}{x{\text{ }} = {\text{ }}0,3{\text{ }} = {\text{ }}{n_{{K^ + }}} = > {\text{ }}{C_M} = {\text{ }}0,3{\text{ }}M} \\ {y{\text{ }} = {\text{ }}0,3{\text{ }} = {\text{ }}{n_{N{a^ + }}}{\text{ }} = >{\text{ }}{C_M} = {\text{ }}0,3{\text{ }}M} \end{array}} \right.$

Phản ứng: 2FeCO₃ + 4H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 2CO₂+ 4H₂O là phản ứng oxi hóa khử, không phải pư trao đổi, vì số oxi hóa của các nguyên tố trước và sau phản ứng thay đổi