Giải bài tập SGK Hóa 11 Nâng cao Bài 6: Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

Điều kiện để xảy ra phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li là gì? Lấy các thí dụ minh họa.

Phương pháp giải

Điều kiện để xảy ra phản ứng trao đổi ion:

+ Chất tham gia phản ứng phải tan

+ Có sự tạo thành kết tủa, chất bay hơi, chất điện li yếu

Hướng dẫn giải

Điều kiện để xảy ra phản ứng trao đổi ion:

Chất tham gia phản ứng phải tan ( trừ phản ứng với axit)

Có sự tạo thành:

- Chất kết tủa (chất ít tan hơn, chất không tan)

- Chất dễ bay hơi

- Chất điện li yếu hơn.

Ví dụ:

+ Sản phẩm là chất kết tủa

Phương trình dưới dạng phân tử:

Na₂SO₄ + BaCl₂ → BaSO₄↓ + 2NaCl

Phương trình ion rút gọn:

Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

+ Sản phẩm là chất điện li yếu

Phương trình dưới dạng phân tử:

2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + H₂O + CO₂

Phương trình ion rút gọn:

2H⁺ + CO₃^2- → CO₂↑ + H₂O

Viết phương trình ion rút gọn của các phản ứng (nếu có) xảy ra trong dung dịch giữa các cặp chất sau:

a) Fe₂(SO₄)₃ + NaOH

b) KNO₃ + NaCl

c) NaHSO₃ + NaOH

d) Na₂HPO₄ + HCl

e) Cu(OH)₂ (r) + HCl

g) FeS (r) + HCl

h) Cu(OH)₂ (r) + NaOH (đặc)

i) Sn(OH)₂ (r) + H₂SO₄

Phương pháp giải

Nắm vững kĩ năng viết phương trình ion thu gọn của các phản ứng

Hướng dẫn giải

Câu a: Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH → 2Fe(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄ ( Fe³⁺ + 3OH^- → Fe(OH)₃↓)

Câu b: KNO₃ + NaCl: không phản ứng

Câu c: NaHSO₃ + NaOH → Na₂SO₃ + H₂O (HSO₃- + OH^- → SO₃^2- + H₂O)

Câu d: Na₂HPO₄ + 2HCl → 2NaCl + H₃PO₄ ( HPO₄^2- + 2H⁺ ↔ H₃PO₄)

Câu e: Cu(OH)₂ + 2HCl → CuCl₂ + 2H₂O (Cu(OH)₂ + 2H⁺ → Cu²⁺ + 2H₂O)

Câu f: FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑ (FeS + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂S↑)

Câu h: Cu(OH)₂r + NaOH: không phản ứng.

Câu i: Sn(OH)₂ + H₂SO₄ → SnSO₄ + 2H₂O (Sn(OH)₂ + 2H⁺ → Sn²⁺ + 2H₂O)

Hãy điều chế kết tủa CuS bằng ba phản ứng trao đổi ion khác nhau xảy ra trong dung dịch. Từ đó rút ra bản chất của phản ứng trong các dung dịch này.

Phương pháp giải

Bản chất của các phản ứng này là phản ứng trao đổi ion: Cu²⁺ + S^2- → CuS↓

Hướng dẫn giải

Cu(NO₃)₂ + Na₂S → CuS↓ + 2NaNO₃

CuSO₄ + H₂S → CuS↓ + H₂SO₄

CuCl₂ + K₂S → CuS↓ + 2KCl

Bản chất của các phản ứng này là phản ứng trao đổi ion: Cu²⁺ + S^2- → CuS↓

Phương trình ion rút gọn của phản ứng cho biết

A. những ion nào tồn tại trong dung dịch.

B. nồng độ những ion nào trong dung dịch lớn nhất.

C. bản chất của bản ứng trong dung dịch các chất điện li.

D. không tồn tại các phân tử trong dung dịch các chất điện li.

Phương pháp giải

Phương trình ion rút gọn của phản ứng cho biết bản chất của bản ứng

Hướng dẫn giải

Phương trình ion rút gọn của phản ứng cho biết bản chất của bản ứng trong dung dịch các chất điện li.

→ Đáp án C.

a) Dùng phản ứng hóa học để tách cation Ca²⁺ ra khỏi dung dịch chưa NaNO₃ và Ca(NO₃)₂.

b) Dùng phản ứng hóa học để tách anion Br^- ra khỏi dung dịch chứa KBr và KNO₃.

Phương pháp giải

a) Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂↑ + H₂O

b) Ag⁺ + Br^- → AgBr↓

2AgBr (as) → 2Ag + Br₂

2Na + Br₂ → 2NaBr

Hướng dẫn giải

Khác với nhận biết tách chất phải có bước tái tạo (hoàn trả lại sản phẩm ban đầu và thông thường phải đảm bảo khối lượng không đổi của các chất trước và sau khi tách).

Câu a: Tách Ca²⁺ khỏi dung dịch có chứa Na⁺, Ca²⁺.

Cho dung dịch tác dụng với một lượng dư dung dịch Na₂CO₃ lọc thu kết tủa.

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

Hòa tan kết tủa trong dung dịch HNO₃ thu được Ca²⁺

CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂↑ + H₂O

Câu b: Tách Br^- khỏi dung dịch có chứa Br^-, NO₃^-.

Cho dung dịch tác dụng với một lượng dư dung dịch AgNO₃, lọc thu kết tủa.

Ag⁺ + Br^- → AgBr↓

Phân hủy AgBr ngoài ánh sáng, thu Br₂. Cho Br₂ tác dụng với Na thu được Br^-.

2AgBr (as)→ 2Ag + Br₂

2Na + Br₂ → 2NaBr

Một trong các nguyên nhân gây bệnh đau dạ dày là do lượng axit HCl trong dạ dày quá cao. Để giảm bớt lượng axit, người ta thường uống dược phẩm Nabica (NaHCO₃). Viết phương trình ion rút gọn của phản ứng xảy ra.

Phương pháp giải

Khi đó Nabica sẽ tác dụng với HCl có trong axit dạ dày

Hướng dẫn giải

Phương trình dưới dạng phân tử:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂↑ + H₂O

Phương trình ion rút gọn:

HCO₃^- + H⁺ → CO₂↑ + H₂O

Khi nhúng cặp điện cực vào cốc đựng dung dịch H₂SO₄ trong bộ dụng cụ như ở hình 1.1 rồi nối các dây dẫn điện với nguồn điện, bóng đèn sáng rõ. Sau khi thêm vào cốc đó một lượng dung dịch Ba(OH)₂, bóng đèn sáng yếu đi. Nếu cho dư dung dịch Ba(OH)₂ vào, bóng đèn lại sáng rõ. Giải thích.

Phương pháp giải

- H₂SO₄ là chất điện li mạnh vì vậy bóng đèn sáng.

- Khi cho dung dịch Ba(OH)₂ vào ồng độ SO₄^2- và H⁺ giảm đi do tạo thành chất khó tan BaSO₄ và chất kém điện li H₂O, nên bóng đèn sáng yếu đi.

- Khi dư dung dịch Ba(OH)₂ nồng độ các ion trong dung dịch tăng (Ba(OH)₂ là chất điện li mạnh) bóng đèn sáng trở lại.

Hướng dẫn giải

- H₂SO₄ là chất điện li mạnh vì vậy bóng đèn sáng.

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2-

- Khi cho dung dịch Ba(OH)₂ vào xảy ra phản ứng

H₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄↓ + 2H₂O

Nồng độ SO₄^2- và H⁺ giảm đi do tạo thành chất khó tan BaSO₄ và chất kém điện li H₂O, nên bóng đèn sáng yếu đi.

- Khi dư dung dịch Ba(OH)₂ nồng độ các ion trong dung dịch tăng (Ba(OH)₂ là chất điện li mạnh) bóng đèn sáng trở lại.

Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^-

Viết phương trình hóa học dưới dạng phân tử và ion rút gọn của phản ứng trao đổi ion trong dung dịch tạo thành từng kết tủa sau (hình 1.9):

a) CuS 

b) CdS 

c) MnS 

d) ZnS 

e) FeS

Phương pháp giải

Nắm vững kĩ năng viết phương trình ion thu gọn của các phản ứng

Hướng dẫn giải

Câu a: CuSO₄ + Na₂S → CuS↓ + Na₂SO₄ ( Cu²⁺ + S^2- → CuS↓)

Câu b: CdSO₄ + Na₂S → CdS↓ + Na₂SO₄ ( Cd²⁺ + S^2- → CdS↓)

Câu c: MnSO₄ + Na₂S → MnS↓ + Na₂SO₄ ( Mn²⁺ + S^2- → MnS↓)

Câu d: ZnSO₄ + Na₂S → ZnS↓ + Na₂SO₄ ( Zn²⁺ + S^2- → ZnS↓)

Câu e: FeSO₄ + Na₂S → FeS↓ + Na₂SO₄ ( Fe²⁺ + S^2- → FeS↓)

Dung dịch chất nào dưới đây có môi trường kiềm?

A. AgNO₃ 

B. NaClO₃ 

C. K₂CO₃ 

D. SnCl₂.

Phương pháp giải

Viết phương trình ion, phương trình nào phân li ra OH^- là môi trường kiềm

Hướng dẫn giải

Chọn C. K₂CO₃:

K₂CO₃ → 2K⁺ + CO₃^2-

CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^- + OH^-

Dung dịch chất nào dưới đây có môi trường axit?

A. NaNO₃

B. KClO₄

C. Na₃PO₄

D. NH₄Cl

Phương pháp giải

Viết phương trình ion, phương trình nào phân li ra H₃O⁺ là môi trường axit

Hướng dẫn giải

Chọn D. NH₄Cl

NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl^-

NH₄⁺ + H₂O ↔ NH₃ + H₃O⁺

Tính nồng độ H⁺ (mol/l) trong các dung dịch sau:

a) CH₃COONa 0,10M (K_b của CH₃COO^- là 5,71.10^-10);

b) NH₄Cl 0,10M (K_a của NH₄⁺ là 5,56.10^-10).

Phương pháp giải

a) CH₃COO^-  + H₂O ⇔ CH₃COOH + OH^-

\(\begin{array}{l}
{K_a} = \frac{{[C{H_3}COOH][O{H^ - }]}}{{[C{H_3}CO{O^ - }]}} = 5,{71.10^{ - 10}}\\
 \to \frac{{x.x}}{{(0,1 - x)}} = 5,{71.10^{ - 10}}
\end{array}\)

→ x = ? ⇒ [OH^-] = ? → [H⁺] = ?

b) NH₄⁺  + H₂O ⇔  NH₃ + H₃O

\(\begin{array}{l}
{K_a} = \frac{{[N{H_3}].[{H_3}{O^ + }]}}{{[NH_4^ + ]}} = 5,{56.10^{ - 10}}\\
 \to \frac{{x.x}}{{(0,1 - x)}} = 5,{56.10^{ - 10}}
\end{array}\)

→ x = ? ⇒ [H₃O⁺] = ?

Hướng dẫn giải

Câu a:

                              CH₃COO^-  + H₂O ⇔ CH₃COOH + OH^-

Trước thủy phân:        0,1

Thủy phân:                   x                                 x

Sau thủy phân:          (0,1-x)                            x

Ta có:  

\(\begin{array}{l}
{K_a} = \frac{{[C{H_3}COOH][O{H^ - }]}}{{[C{H_3}CO{O^ - }]}} = 5,{71.10^{ - 10}}\\
 \to \frac{{x.x}}{{(0,1 - x)}} = 5,{71.10^{ - 10}}
\end{array}\)

Vì x << 0,1 ⇒ (0,1 – x) ≈ 0,1

⇒ x.x = 0,1.5,71.10^-10 = 0,571.10^-10

⇒ x = 0,76.10^-5.

⇒ [OH^-] = 0,76.10^-5 mol/lít

Ta có: [OH-].[H+] = 10^-14 ⇒  \([{H^ + }] = \frac{{{{10}^{ - 14}}}}{{0,{{76.10}^{ - 5}}}} = 1,{3.10^{ - 9}}mol/lit\)

Câu b: NH₄⁺  + H₂O ⇔  NH₃ + H₃O

Trước thủy phân: 0,1

Thủy phân: x x x

Sau thủy phân:  (0,1-x)    x   x

Ta có: 

\(\begin{array}{l}
{K_a} = \frac{{[N{H_3}].[{H_3}{O^ + }]}}{{[NH_4^ + ]}} = 5,{56.10^{ - 10}}\\
 \to \frac{{x.x}}{{(0,1 - x)}} = 5,{56.10^{ - 10}}
\end{array}\)

Vì x << 0,1 ⇒ (0,1 – x) ≈ 0,1

⇒ x.x = 0,1.5,56.10^-10 = 0,556.10^-10

⇒ x = 0,75.10^-5.

⇒ [H₃O⁺] = 0,75.10^-5 mol/lít.