Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch

(III) NH₄⁺, H⁺, SO₄^2- với Na⁺, Ba²⁺, OH^- 

H⁺ + OH^- → H₂O

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄

NH₄⁺ + OH^- →  NH₃ + H₂O  

(IV) H⁺, Fe²⁺, SO₄^2- với Ba²⁺, K⁺, OH^-

H⁺ + OH^- → H₂O

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄

Fe²⁺ + 2OH^- → Fe(OH)₂

(V) K⁺, Na⁺, HSO₃^- với Ba²⁺, Ca²⁺, OH^-

HSO₃^- + OH^- → SO₃^2- + H₂O

Ba²⁺ + SO₃^2- → BaSO₃

Ca²⁺ + SO₃^2- → CaSO₃

(VI) Cu²⁺, Zn²⁺, Cl^- với K⁺, Na⁺, OH^-

Cu²⁺ + 2OH^- → Cu(OH)₂

Zn²⁺ + 2OH^- → Zn(OH)₂

Zn(OH)₂ + 2OH^- → ZnO₂^2- + 2H₂O

Để dung dịch tồn tại thì các ion không phản ứng với nhau và định luật bảo toàn điện tích được thỏa mãn.

- Xét đáp án A: Tổng số mol điện tích dương không bằng tổng số mol điện tích âm nên không tồn tại dung dịch này.

- Xét đáp án B: Dung dịch tồn tại vì các ion không phản ứng với nhau và định luật bảo toàn điện tích được thỏa mãn.

- Xét đáp án C: Tổng số mol điện tích dương không bằng tổng số mol điện tích âm nên không tồn tại dung dịch này.

- Xét đáp án D: Tổng số mol điện tích dương không bằng tổng số mol điện tích âm nên không tồn tại dung dịch này.

(a) Các ion không phản ứng với nhau tạo chất kết tủa, chất khí hoặc chất điện li yếu nên các ion này cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

(b) Ag⁺ + Cl^- → AgCl ↓ nên các ion không cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

(c) NH₄⁺ + OH^- → NH₃ ↑ + H₂O nên các ion không cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

(d) 3Mg²⁺ + 2PO₄^3- → Mg₃(PO₄)₂ ↓ nên các ion không cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

(e) HPO₄^2- + OH^- → PO₄^3- + H₂O nên các ion không cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

(g) 4HSO₄^- + NO₃^- + 3Fe²⁺ → 3Fe³⁺ + 4SO₄^2- + NO + 2H₂O nên các ion không cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

(h) Ag⁺ + I^- → AgI↓ nên các ion không cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

(i) Các ion không phản ứng với nhau tạo chất kết tủa, chất khí hoặc chất điện li yếu nên các ion này cùng tồn tại trong 1 dung dịch.

Vậy các ion cùng tồn tại trong 1 dung dịch là: (a), (i) (Có 2 dãy thỏa mãn).

n_MgCl2 = 0,15.0,5 = 0,075 mol; n_NaCl = 0,05.1 = 0,05 mol

MgCl₂ và NaCl là các chất điện li mạnh, khi hòa tan vào nước phân li hoàn toàn thành các ion:

MgCl₂ → Mg²⁺ + 2Cl^-

0,075 →              0,15 (mol)

NaCl → Na⁺ + Cl^-

0,05 →            0,05 (mol)

=> n_Cl- = 0,15 + 0,05 = 0,2 mol

=> [Cl^-] = n : V = 0,2 : (0,15 + 0,05) = 1M

H⁺ và CO₃^2- không thể cùng tồn tại trong cùng một dung dịch

Tương tự với Fe²⁺ ; H⁺ ; NO₃^- cũng không thể cùng tồn tại trong một dung dịch

H⁺ + CO₃^2- → HCO₃^-

3Fe²⁺ + 4H⁺ + NO₃^- → 3Fe³⁺ NO + 2H₂O

Đặt số mol mỗi kim loại là x (mol).

Na + H₂O → NaOH + ½ H₂

  x           →       x   →   0,5x

Ba + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂

  x            →        x →        x

=> n_H2 = 0,5x + x = 0,15 => x = 0,1 mol

=> n_OH- = x + 2x = 0,3 mol

*Hấp thụ 0,2 mol CO₂ vào {0,3 mol OH^-; 0,1 mol Ba²⁺; Na⁺}:

Ta thấy: n_OH- : n_CO2 = 0,3 : 0,2 = 1,5

=> Phản ứng tạo CO₃^2- (a mol) và HCO₃^- (b mol)

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

CO₂ + OH^- → HCO₃^-

+ n_CO2 = n_CO32- + n_HCO3- => a + b = 0,2 (1)

+ n_OH- = 2n_CO32- + n_HCO3- => 2a + b = 0,3 (2)

Giải hệ (1) và (2) được a = b = 0,1

Ta thấy: n_Ba2+ (0,1 mol) = n_CO32- (0,1 mol) => n_BaCO3 = 0,1 mol

=> m_BaCO3 = 0,1.197 = 19,7g

Dung dịch sau phản ứng gồm Fe³⁺ ; Cu²⁺ ; SO₄^2-

Bảo toàn điện tích: \(3{{n}_{F{{e}^{3+}}}}+\text{ }2{{n}_{C{{u}^{2+}}}}=2{{n}_{S{{O}_{4}}^{2-}}}\)

=> 3.0,12 + 2.2a = 2.(2.0,12 + a) => a = 0,06 mol

- Vì Zn(OH)₂ và Al(OH)₃ đều tan trong KOH nên loại A, B, D.

- Cu(OH)₂ không tan trong KOH nên thỏa mãn đề bài