Chào em, đây là một bài tập rất hay và điển hình trong chương “Sự điện li” của Hóa học 11. Dạng bài này giúp chúng ta ôn tập về định luật bảo toàn điện tích, phản ứng trao đổi ion trong dung dịch và cách tính toán khối lượng. Thầy sẽ hướng dẫn em giải chi tiết từng bước một cách cẩn thận, dễ hiểu như viết ra giấy nhé.

BƯỚC 1: TÍNH SỐ MOL CỦA ION \(SO_4^{2-}\) TRONG DUNG DỊCH X

Một dung dịch luôn trung hòa về điện, nghĩa là tổng số mol điện tích dương phải bằng tổng số mol điện tích âm.

Ta áp dụng định luật bảo toàn điện tích cho dung dịch X:

Tổng mol điện tích dương = Tổng mol điện tích âm

\[ n_{Na^+} + n_{NH_4^+} = 2 \times n_{SO_4^{2-}} + n_{Cl^-} \]
Lưu ý: Số mol điện tích của ion \(SO_4^{2-}\) bằng 2 lần số mol của chính ion đó, vì điện tích của nó là 2-.

Thay số liệu từ đề bài vào, ta có:

\[ 0,12 + 0,05 = 2 \times x + 0,12 \]
\[ 0,17 = 2x + 0,12 \]
\[ 2x = 0,17 – 0,12 \]
\[ 2x = 0,05 \]
\[ x = \frac{0,05}{2} = 0,025 \text{ mol} \]
Vậy, số mol của ion \(SO_4^{2-}\) trong dung dịch X là 0,025 mol.

BƯỚC 2: TÍNH SỐ MOL CÁC ION TRONG DUNG DỊCH Ba(OH)₂

Thể tích dung dịch \(Ba(OH)_2\) là \(V = 300 \text{ ml} = 0,3 \text{ L}\).

Số mol của \(Ba(OH)_2\) là:

\[ n_{Ba(OH)_2} = C_M \times V = 0,1 \times 0,3 = 0,03 \text{ mol} \]
Phương trình điện li của \(Ba(OH)_2\):

\( Ba(OH)_2 \rightarrow Ba^{2+} + 2OH^- \)

Từ phương trình, ta có:

\[ n_{Ba^{2+}} = n_{Ba(OH)_2} = 0,03 \text{ mol} \]
\[ n_{OH^-} = 2 \times n_{Ba(OH)_2} = 2 \times 0,03 = 0,06 \text{ mol} \]

BƯỚC 3: XÉT CÁC PHẢN ỨNG ION XẢY RA KHI TRỘN 2 DUNG DỊCH

Khi cho dung dịch \(Ba(OH)_2\) vào dung dịch X, các ion sẽ phản ứng với nhau nếu tạo thành chất kết tủa, chất khí hoặc chất điện li yếu (như nước).

Phản ứng 1: Ion \(Ba^{2+}\) phản ứng với ion \(SO_4^{2-}\) tạo kết tủa \(BaSO_4\).

Phương trình ion rút gọn:

\( \quad \quad \quad Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4 \downarrow \)

Ban đầu: \( \quad 0,03 \quad 0,025 \quad \quad \quad \text{(mol)} \)

Phản ứng: \( \quad 0,025 \leftarrow 0,025 \rightarrow 0,025 \quad \text{(mol)} \)

Sau p.ứng: \( \quad 0,005 \quad \quad 0 \quad \quad \quad 0,025 \quad \text{(mol)} \)

So sánh tỉ lệ mol, ta thấy \(SO_4^{2-}\) phản ứng hết, \(Ba^{2+}\) còn dư.

Số mol \(Ba^{2+}\) còn dư là: \(0,03 – 0,025 = 0,005 \text{ mol}\).

Phản ứng 2: Ion \(NH_4^+\) phản ứng với ion \(OH^-\) tạo khí \(NH_3\) và nước.

Phương trình ion rút gọn:

\( \quad \quad \quad NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3 \uparrow + H_2O \)

Ban đầu: \( \quad 0,05 \quad 0,06 \quad \quad \quad \text{(mol)} \)

Phản ứng: \( \quad 0,05 \rightarrow 0,05 \quad \quad \quad \text{(mol)} \)

Sau p.ứng: \( \quad 0 \quad \quad 0,01 \quad \quad \quad \text{(mol)} \)

So sánh tỉ lệ mol, ta thấy \(NH_4^+\) phản ứng hết, \(OH^-\) còn dư.

Số mol \(OH^-\) còn dư là: \(0,06 – 0,05 = 0,01 \text{ mol}\).

BƯỚC 4: XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN DUNG DỊCH Y VÀ TÍNH KHỐI LƯỢNG CHẤT RẮN KHAN

Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, ta lọc bỏ kết tủa \(BaSO_4\). Khí \(NH_3\) cũng đã bay ra ngoài.

Vậy, dung dịch Y sau phản ứng chứa các ion không tham gia phản ứng và các ion còn dư. Bao gồm:

– Ion không phản ứng: \(Na^+\) (0,12 mol) và \(Cl^-\) (0,12 mol).

– Ion còn dư: \(Ba^{2+}\) (0,005 mol) và \(OH^-\) (0,01 mol).

Khi cô cạn dung dịch Y, nước sẽ bay hơi hết, phần còn lại chính là khối lượng của các ion này ở dạng chất rắn khan.

Khối lượng chất rắn khan (m) được tính bằng tổng khối lượng của các ion có trong dung dịch Y.

\[ m = m_{Na^+} + m_{Cl^-} + m_{Ba^{2+} \text{ dư}} + m_{OH^- \text{ dư}} \]
Ta có:

– Khối lượng \(Na^+\) là: \(m_{Na^+} = 0,12 \times 23 = 2,76 \text{ gam}\).

– Khối lượng \(Cl^-\) là: \(m_{Cl^-} = 0,12 \times 35,5 = 4,26 \text{ gam}\).

– Khối lượng \(Ba^{2+}\) dư là: \(m_{Ba^{2+}} = 0,005 \times 137 = 0,685 \text{ gam}\).

– Khối lượng \(OH^-\) dư là: \(m_{OH^-} = 0,01 \times (16+1) = 0,01 \times 17 = 0,17 \text{ gam}\).

Tổng khối lượng chất rắn khan là:

\[ m = 2,76 + 4,26 + 0,685 + 0,17 = 7,875 \text{ gam} \]

KẾT LUẬN

Vậy, giá trị của m là 7,875 gam.

Đây là một bài toán tổng hợp kiến thức khá đầy đủ, em hãy ôn lại thật kỹ định luật bảo toàn điện tích và cách xét phản ứng ion trong dung dịch nhé. Chúc em học tốt