Chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau chữa một bài tập hóa học lớp 11 rất thú vị liên quan đến phản ứng trao đổi ion và cân bằng điện tích trong dung dịch. Các em chú ý lắng nghe và ghi chép lại các bước giải nhé!

Bước 1: Xác định các ion có trong dung dịch X ban đầu.

Dung dịch X chứa các ion:
– Na⁺: 0,12 mol
– SO₄^2-: x mol
– Cl^–: 0,12 mol
– NH₄⁺: 0,05 mol

Bước 2: Tính toán số mol các ion trong dung dịch Ba(OH)₂.

Dung dịch Ba(OH)₂ có nồng độ 0,1M và thể tích 300 ml = 0,3 lít.
Số mol Ba(OH)₂ = nồng độ x thể tích = 0,1 mol/l x 0,3 l = 0,03 mol.
Khi Ba(OH)₂ phân li trong nước, nó tạo ra các ion:
Ba²⁺: 0,03 mol
OH^–: 2 x 0,03 mol = 0,06 mol

Bước 3: Xác định các phản ứng có thể xảy ra khi cho Ba(OH)₂ vào dung dịch X.

Các phản ứng trao đổi ion có thể xảy ra:
1. Ion Ba²⁺ có thể kết hợp với ion SO₄^2- tạo kết tủa BaSO₄. Phương trình ion rút gọn: Ba²⁺ + SO₄^2- –> BaSO₄ (kết tủa).
2. Ion OH^– có thể kết hợp với ion NH₄⁺ tạo khí NH₃. Phương trình ion rút gọn: NH₄⁺ + OH^– –> NH₃ (khí) + H₂O.

Bước 4: Sử dụng định luật bảo toàn điện tích để tìm x (số mol SO₄^2- trong dung dịch X).

Trong một dung dịch trung hòa về điện, tổng điện tích dương bằng tổng điện tích âm.
Tổng điện tích dương trong dung dịch X:
(số mol Na⁺ x điện tích Na⁺) + (số mol NH₄⁺ x điện tích NH₄⁺) = (0,12 mol x +1) + (0,05 mol x +1) = 0,12 + 0,05 = 0,17 mol.

Tổng điện tích âm trong dung dịch X:
(số mol SO₄^2- x điện tích SO₄^2-) + (số mol Cl^– x điện tích Cl^–) = (x mol x |-2|) + (0,12 mol x |-1|) = 2x + 0,12 mol.

Áp dụng định luật bảo toàn điện tích:
0,17 = 2x + 0,12
2x = 0,17 – 0,12
2x = 0,05
x = 0,025 mol

Vậy, ban đầu dung dịch X chứa 0,025 mol SO₄^2-.

Bước 5: Xét các phản ứng xảy ra và tính số mol các chất tham gia và tạo thành.

Ta có các ion ban đầu trong X và các ion từ Ba(OH)₂:
– Ion từ X: Na⁺ (0,12 mol), SO₄^2- (0,025 mol), Cl^– (0,12 mol), NH₄⁺ (0,05 mol)
– Ion từ Ba(OH)₂: Ba²⁺ (0,03 mol), OH^– (0,06 mol)

Phản ứng 1: Ba²⁺ + SO₄^2- –> BaSO₄ (kết tủa)
Số mol Ba²⁺ ban đầu là 0,03 mol.
Số mol SO₄^2- ban đầu là 0,025 mol.
Vì số mol SO₄^2- nhỏ hơn, nên SO₄^2- hết.
Số mol BaSO₄ kết tủa = 0,025 mol.
Số mol Ba²⁺ còn dư = 0,03 – 0,025 = 0,005 mol.

Phản ứng 2: NH₄⁺ + OH^– –> NH₃ (khí) + H₂O
Số mol NH₄⁺ ban đầu là 0,05 mol.
Số mol OH^– ban đầu là 0,06 mol.
Vì số mol NH₄⁺ nhỏ hơn, nên NH₄⁺ hết.
Số mol NH₃ tạo thành = 0,05 mol.
Số mol OH^– còn dư = 0,06 – 0,05 = 0,01 mol.

Bước 6: Xác định các ion còn lại trong dung dịch Y sau khi lọc bỏ kết tủa.

Sau các phản ứng, kết tủa BaSO₄ đã được lọc bỏ. Dung dịch Y sẽ chứa các ion không bị kết tủa hoặc không bay hơi.

Các ion còn lại trong dung dịch Y là:
– Na⁺: không tham gia phản ứng, nên còn nguyên là 0,12 mol.
– Cl^–: không tham gia phản ứng, nên còn nguyên là 0,12 mol.
– Ba²⁺ dư: còn lại 0,005 mol (từ Bước 5).
– OH^– dư: còn lại 0,01 mol (từ Bước 5).

Bước 7: Tính khối lượng chất rắn khan thu được khi cô cạn dung dịch Y.

Chất rắn khan thu được khi cô cạn dung dịch Y chính là khối lượng của các ion còn lại dưới dạng các muối khan.
Các ion trong dung dịch Y là: Na⁺, Cl^–, Ba²⁺, OH^–.
Khi cô cạn, các ion này sẽ kết hợp với nhau tạo thành các muối khan.
– Ion Na⁺ sẽ kết hợp với ion Cl^– tạo NaCl.
– Ion Ba²⁺ sẽ kết hợp với ion OH^– tạo Ba(OH)₂. Tuy nhiên, ở đây chúng ta cần tính khối lượng của từng ion còn lại trong dung dịch.

Khối lượng của từng ion:
– Khối lượng Na⁺ = số mol Na⁺ x khối lượng mol Na = 0,12 mol x 23 g/mol = 2,76 g.
– Khối lượng Cl^– = số mol Cl^– x khối lượng mol Cl = 0,12 mol x 35,5 g/mol = 4,26 g.
– Khối lượng Ba²⁺ = số mol Ba²⁺ x khối lượng mol Ba = 0,005 mol x 137 g/mol = 0,685 g.
– Khối lượng OH^– = số mol OH^– x khối lượng mol OH = 0,01 mol x 17 g/mol = 0,17 g.

Tổng khối lượng chất rắn khan m thu được là tổng khối lượng của các ion còn lại trong dung dịch Y:
m = Khối lượng Na⁺ + Khối lượng Cl^– + Khối lượng Ba²⁺ + Khối lượng OH^–
m = 2,76 g + 4,26 g + 0,685 g + 0,17 g
m = 7,875 g.

Lưu ý quan trọng: Khi cô cạn dung dịch Y, Ba²⁺ và OH^– sẽ kết hợp tạo thành Ba(OH)₂. Tuy nhiên, cách tính tổng khối lượng của các ion còn lại là cách đơn giản và chính xác để xác định khối lượng chất rắn khan.

Vậy giá trị của m là 7,875 gam.

Chúc các em ôn tập tốt!