Có 100 ml dung dịch X gồm NH4+; K+; CO32-; SO4 2-. Chia X làm 2 phần bằng nhau. …
Phần 1 tác dụng với Ba(OH)3 dư thu được 7,437 l khí ở đkc và 43 g kết tủa.
Phần 2 Tác dụng với HCl dư thu được 2,2,479 lít khí ở ĐKC. Tính m trong dung dịch ban đầu
Chúng ta bắt đầu nhé!
Bước 1: Phân tích đề bài và xác định các ion có trong dung dịch X.
Đề bài cho biết dung dịch X chứa các ion: NH4+; K+; CO32-; SO42-.
Dung dịch được chia làm 2 phần bằng nhau.
Bước 2: Xét Phần 1 tác dụng với Ba(OH)2 dư.
Khi cho dung dịch X tác dụng với Ba(OH)2 dư, chúng ta có các phản ứng sau:
- Phản ứng với ion amoni (NH4+): Ion amoni tác dụng với bazơ mạnh (ở đây là Ba(OH)2) sinh ra khí amoniac (NH3).
NH4+ + OH- -> NH3 + H2O
Vì Ba(OH)2 dư nên toàn bộ ion NH4+ sẽ phản ứng.
- Phản ứng với ion cacbonat (CO32-): Ion cacbonat tác dụng với ion bari (Ba2+) sinh ra kết tủa bari cacbonat (BaCO3).
CO32- + Ba2+ -> BaCO3↓
- Phản ứng với ion sulfat (SO42-): Ion sulfat tác dụng với ion bari (Ba2+) sinh ra kết tủa bari sulfat (BaSO4).
SO42- + Ba2+ -> BaSO4↓
Vì Ba(OH)2 dư nên toàn bộ ion CO32- và SO42- sẽ phản ứng với ion Ba2+ có trong Ba(OH)2.
Bước 3: Tính toán số mol khí NH3 thu được ở Phần 1.
Đề bài cho biết thu được 7,437 lít khí ở điều kiện tiêu chuẩn (ĐKC).
Ta có công thức tính số mol khí ở ĐKC:
n = V / 22,4
Trong đó:
- n là số mol khí
- V là thể tích khí (lít)
Số mol khí NH3 thu được ở Phần 1 là:
n(NH3) = 7,437 / 22,4 = 0,332 mol
Vì phản ứng tạo khí NH3 là: NH4+ + OH- -> NH3 + H2O, nên số mol của ion NH4+ trong một nửa dung dịch X là bằng số mol NH3.
n(NH4+) (trong 1/2 X) = n(NH3) = 0,332 mol
Bước 4: Tính toán khối lượng kết tủa thu được ở Phần 1.
Đề bài cho biết thu được 43 gam kết tủa ở Phần 1.
Kết tủa thu được ở đây là BaCO3 và BaSO4.
Khối lượng kết tủa = m(BaCO3) + m(BaSO4) = 43 gam.
Ta có khối lượng mol của BaCO3 là: M(BaCO3) = 137 + 12 + 3*16 = 197 g/mol.
Ta có khối lượng mol của BaSO4 là: M(BaSO4) = 137 + 32 + 4*16 = 233 g/mol.
Gọi số mol của CO32- trong một nửa dung dịch X là x mol.
Gọi số mol của SO42- trong một nửa dung dịch X là y mol.
Theo phản ứng: CO32- + Ba2+ -> BaCO3↓, nên n(BaCO3) = n(CO32-) = x mol.
Theo phản ứng: SO42- + Ba2+ -> BaSO4↓, nên n(BaSO4) = n(SO42-) = y mol.
Ta có phương trình về khối lượng kết tủa:
m(BaCO3) + m(BaSO4) = 43
197x + 233y = 43 (Phương trình 1)
Bước 5: Xét Phần 2 tác dụng với HCl dư.
Khi cho dung dịch X tác dụng với HCl dư, chúng ta có các phản ứng sau:
- Phản ứng với ion cacbonat (CO32-): Ion cacbonat tác dụng với axit mạnh (ở đây là HCl) sinh ra khí cacbon đioxit (CO2).
CO32- + 2H+ -> CO2↑ + H2O
Vì HCl dư nên toàn bộ ion CO32- sẽ phản ứng.
- Phản ứng với ion amoni (NH4+): Ion amoni là muối của axit yếu, nên nó không phản ứng với axit mạnh HCl.
Vì vậy, khí sinh ra ở Phần 2 chỉ là CO2.
Bước 6: Tính toán số mol khí CO2 thu được ở Phần 2.
Đề bài cho biết thu được 2,2479 lít khí ở ĐKC.
Số mol khí CO2 thu được ở Phần 2 là:
n(CO2) = 2,2479 / 22,4 = 0,10035 mol
Vì phản ứng tạo khí CO2 là: CO32- + 2H+ -> CO2↑ + H2O, nên số mol của ion CO32- trong một nửa dung dịch X là bằng số mol CO2.
n(CO32-) (trong 1/2 X) = n(CO2) = 0,10035 mol
Từ đó, ta tìm được x = 0,10035 mol.
Bước 7: Tìm số mol của ion SO42- trong Phần 1.
Bây giờ chúng ta đã có giá trị của x, ta có thể thay vào Phương trình 1 để tìm y.
197x + 233y = 43
197 * (0,10035) + 233y = 43
19,77 + 233y = 43
233y = 43 – 19,77
233y = 23,23
y = 23,23 / 233 = 0,1 mol
Vậy, số mol của ion SO42- trong một nửa dung dịch X là y = 0,1 mol.
Bước 8: Tính toán số mol của các ion trong toàn bộ dung dịch X ban đầu.
Chúng ta đã tính số mol của các ion trong một nửa dung dịch X. Để tính số mol trong toàn bộ dung dịch X ban đầu, chúng ta nhân đôi các giá trị này lên.
- Số mol NH4+ trong dung dịch X ban đầu:
n(NH4+) (ban đầu) = 2 n(NH4+) (trong 1/2 X) = 2 0,332 = 0,664 mol
- Số mol CO32- trong dung dịch X ban đầu:
n(CO32-) (ban đầu) = 2 n(CO32-) (trong 1/2 X) = 2 0,10035 = 0,2007 mol
- Số mol SO42- trong dung dịch X ban đầu:
n(SO42-) (ban đầu) = 2 n(SO42-) (trong 1/2 X) = 2 0,1 = 0,2 mol
Bước 9: Sử dụng định luật bảo toàn điện tích để tìm số mol của ion K+.
Trong một dung dịch luôn trung hòa về điện, tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm.
Tổng điện tích dương = n(NH4+) (+1) + n(K+) (+1)
Tổng điện tích âm = n(CO32-) |-2| + n(SO42-) |-2| = n(CO32-) 2 + n(SO42-) 2
Áp dụng cho dung dịch X ban đầu:
(0,664 1) + (n(K+) 1) = (0,2007 2) + (0,2 2)
0,664 + n(K+) = 0,4014 + 0,4
0,664 + n(K+) = 0,8014
n(K+) = 0,8014 – 0,664 = 0,1374 mol
Bước 10: Tính khối lượng của ion K+ trong dung dịch ban đầu.
Khối lượng của một chất được tính bằng công thức:
m = n * M
Trong đó:
- m là khối lượng
- n là số mol
- M là khối lượng mol
Khối lượng mol của K là: M(K) = 39 g/mol.
Khối lượng của ion K+ trong dung dịch ban đầu là:
m(K+) = n(K+) M(K) = 0,1374 39 = 5,3586 gam
Kết luận:
Khối lượng m trong dung dịch ban đầu chính là khối lượng của ion K+.
Vậy, m = 5,3586 gam.
Hy vọng qua bài tập này, các em đã nắm vững hơn các kiến thức về ion, phản ứng trao đổi ion và định luật bảo toàn điện tích. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy/cô nhé! Chúc các em học tốt!
Đáp án:
\(49,8\) gam.
Giải thích các bước giải:
Phần 2:
\(CO_3^{2-}+2H^{+}->CO_2+H_2O\)
\(->n_{CO_2}={2,479}/{24,79}=0,1(mol)\)
\(->n_{CO_3^{2-}}=n_{CO_2}=0,1(mol)\)
Phần 1:
\(NH_4^{+}+OH^{-}->NH_3+H_2O\)
\(->n_{NH_3}={7,437}/{24,79}=0,3(mol)\)
\(->n_{NH_4^+}=n_{NH_3}=0,3(mol)\)
\(Ba^{2+}+CO_3^{2-}->BaCO_3\)
\(Ba^{2+}+SO_4^{2-}->BaSO_4\)
\(->n_{BaCO_3}=n_{CO_3^{2-}}=0,1(mol)\)
\(->n_{BaSO_4}={43-0,1.197}/{233}=0,1(mol)\)
\(->n_{SO_4^{2-}}=n_{BaSO_4}=0,1(mol)\)
Suy ra ban đầu: \(n_{NH_4^+}=0,6(mol);n_{CO_3^{2-}}=n_{SO_4^{2-}}=0,2(mol)\)
BTDT: \(n_{NH_4^+}+n_{K^+}=2n_{CO_3^{2-}}+2n_{SO_4^{2-}}\)
\(->n_{K^+}=2.0,2+2.0,2-0,6=0,2(mol)\)
\(->m_X=0,2.39+0,6.18+0,2.60+0,2.96=49,8(g)\)
Đáp án+Giải thích các bước giải:
Phần \(2\):
\(2H^+ + CO_3^(2-) -> CO_2 + H_2O\)
Theo bài: \(n_(CO_2) = (2,479)/(24,79) = 0,1\) (mol)
\(-> n_(CO_3^(2-)) = n_(CO_2) = 0,1\) (mol)
Phần \(1\):
\(Ba^(2+) + CO_3^(2-) -> BaCO_3\)
\(Ba^(2+) + SO_4^(2-) -> BaSO_4\)
\(n_(BaCO_3) = n_(CO_3^(2-)) = 0,1\) (mol)
\(-> m_(BaCO_3) = 0,1 . (137 + 12 + 16 . 3) = 19,7\) (g)
\(-> m_(BaSO_4) = 43 – 19,7 = 23,3\) (g)
\(-> n_(SO_4^(2-)) = n_(BaSO_4) = (23,3)/233 = 0,1\) (mol)
\(NH_4^+ + OH^- -> NH_3 + H_2O\)
\(-> n_(NH_4^+) = n_(NH_3) = (7,437)/(24,79) = 0,3\) (mol)
Bảo toàn điện tích:
\(n_(NH_4^+) + n_(K^+) = 2 . n_(CO_3^(2-)) + 2 . n_(SO_4^(2-))\)
\(0,3 + n_(K^+) = 2 . 0,1 + 2 . 0,1\)
\(-> n_(K^+) = 0,1\) (mol)
\(-> m_(\text{muối}) = 2 . (0,3 . 18 + 0,1 . 39 + 0,1 60 + 0,1 . 96) = 49,8\) (g)