Xin chào các em học sinh lớp 11! Cô là giáo viên Hóa học của các em. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch. Bài tập này sẽ giúp các em củng cố kiến thức về sự điện li và cách viết phương trình ion rút gọn.

Đề bài yêu cầu chúng ta viết phương trình ion rút gọn cho phản ứng giữa Fe₂(SO₄)₃ và Ba(OH)₂.

Chúng ta sẽ thực hiện từng bước như sau:

Bước 1: Viết phương trình phân tử của phản ứng.
Phản ứng giữa muối sắt(III) sunfat (Fe₂(SO₄)₃) và bari hiđroxit (Ba(OH)₂) là một phản ứng trao đổi ion. Sản phẩm của phản ứng này là bari sunfat (BaSO₄) kết tủa và sắt(III) hiđroxit (Fe(OH)₃) kết tủa.
Để cân bằng phương trình, ta nhận thấy có 2 nhóm SO₄ và 3 nhóm OH. Do đó, ta cần 3 phân tử Ba(OH)₂ để tạo ra 3 phân tử BaSO₄, và cần 2 phân tử Fe₂(SO₄)₃ để tạo ra 2 nhóm Fe. Lúc này ta có 6 nhóm OH từ 3 Ba(OH)₂, vậy ta cần 2 Fe(OH)₃ để có 6 nhóm OH. Tuy nhiên, 2 Fe(OH)₃ không đúng với số nguyên tử Fe ban đầu.
Ta cần cân bằng số nguyên tử Fe và nhóm SO₄. Có 2 nguyên tử Fe trong Fe₂(SO₄)₃, vậy ta cần 2 nhóm OH để tạo thành Fe(OH)₃. Nhưng Ba(OH)₂ có 2 nhóm OH.
Ta nhận thấy số nhóm SO₄ là 3, và số nguyên tử Ba là 1. Số nguyên tử Fe là 2, và số nhóm OH là 2.
Để cân bằng, ta đặt hệ số cho Ba(OH)₂ là 3, để có 3 ion Ba²⁺ kết hợp với 3 nhóm SO₄^2- tạo thành 3 phân tử BaSO₄ kết tủa.
Lúc này, ta có 3 phân tử Ba(OH)₂, tức là có 6 ion OH^–. Các ion OH^– này sẽ kết hợp với ion Fe³⁺. Để tạo thành Fe(OH)₃, ta cần tỉ lệ 1:3 (Fe³⁺:OH^–). Vì có 6 ion OH^–, ta có thể tạo ra 2 phân tử Fe(OH)₃.
Như vậy, phương trình phân tử sau khi cân bằng là:
Fe₂(SO₄)₃ + 3Ba(OH)₂ → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓

Bước 2: Viết phương trình điện li của các chất điện li mạnh trong dung dịch.
Trong phản ứng này, Fe₂(SO₄)₃ là một muối tan, Ba(OH)₂ là một bazơ tan, BaSO₄ là một chất kết tủa không tan, và Fe(OH)₃ là một hiđroxit kết tủa không tan.
Chất điện li mạnh: Fe₂(SO₄)₃ và Ba(OH)₂.
Phương trình điện li của Fe₂(SO₄)₃:
Fe₂(SO₄)₃ → 2Fe³⁺ + 3SO₄^2-

Phương trình điện li của Ba(OH)₂:
Ba(OH)₂ → Ba²⁺ + 2OH^–

Các chất kết tủa BaSO₄ và Fe(OH)₃ sẽ không được viết dưới dạng ion vì chúng không điện li trong dung dịch.

Vậy, phương trình ion đầy đủ của phản ứng là:
2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓

Bước 3: Xác định và lược bỏ các ion giống nhau ở cả hai vế của phương trình ion đầy đủ.
Quan sát phương trình ion đầy đủ: 2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Chúng ta thấy ion SO₄^2- ở vế trái và ion Ba²⁺ ở vế trái không có ion nào tương ứng ở vế phải để lược bỏ.
Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy rằng ion SO₄^2- và ion Ba²⁺ sẽ kết hợp với nhau tạo thành kết tủa BaSO₄.
Và ion Fe³⁺ và ion OH^– sẽ kết hợp với nhau tạo thành kết tủa Fe(OH)₃.
Để viết phương trình ion rút gọn, chúng ta cần xem xét các ion nào không tham gia vào quá trình tạo thành kết tủa.
Trong phản ứng này, tất cả các ion tham gia đều tạo thành kết tủa.
Chúng ta cần viết lại phương trình ion đầy đủ với hệ số cân bằng để đảm bảo số nguyên tử và điện tích hai vế bằng nhau.
Ta có:
Phân tử: Fe₂(SO₄)₃ + 3Ba(OH)₂ → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Ion đầy đủ: 2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓

Bây giờ, chúng ta sẽ xem xét các ion nào có thể bị lược bỏ. Tuy nhiên, trong phản ứng này, không có ion nào xuất hiện ở cả hai vế dưới dạng ion tự do.
Ion Ba²⁺ và SO₄^2- kết hợp tạo thành BaSO₄↓.
Ion Fe³⁺ và OH^– kết hợp tạo thành Fe(OH)₃↓.
Do đó, chúng ta sẽ giữ lại các ion tạo thành kết tủa.

Phương trình ion rút gọn thể hiện bản chất của phản ứng, là sự kết hợp của các ion tạo thành chất không tan.
Ta sẽ xét sự kết hợp của các ion:
Ion Ba²⁺ kết hợp với ion SO₄^2- tạo thành kết tủa BaSO₄.
Phương trình ion rút gọn cho sự kết hợp này là:
Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Ion Fe³⁺ kết hợp với ion OH^– tạo thành kết tủa Fe(OH)₃.
Để cân bằng phương trình này, ta cần 3 ion OH^– cho mỗi ion Fe³⁺.
Phương trình ion rút gọn cho sự kết hợp này là:
Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓

Như vậy, phương trình ion rút gọn tổng thể của phản ứng là sự kết hợp của hai phương trình trên, với hệ số cân bằng thích hợp.
Ta thấy từ phương trình phân tử, có 2 ion Fe³⁺ và 6 ion OH^–.
Nên phương trình ion rút gọn sẽ là:
Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓ (tỉ lệ mol 1:3)

Và ta cũng thấy từ phương trình phân tử, có 3 ion Ba²⁺ và 3 ion SO₄^2-.
Nên phương trình ion rút gọn sẽ là:
Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓ (tỉ lệ mol 1:1)

Tuy nhiên, khi viết phương trình ion rút gọn cho toàn bộ phản ứng, chúng ta cần chú ý đến tỉ lệ mol thực tế của các ion trong phản ứng.
Từ phương trình ion đầy đủ:
2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Ta thấy ion SO₄^2- và ion Ba²⁺ đã kết hợp để tạo thành BaSO₄.
Và ion Fe³⁺ và ion OH^– đã kết hợp để tạo thành Fe(OH)₃.
Trong trường hợp này, không có ion nào bị lược bỏ hoàn toàn vì tất cả các ion đều tham gia vào quá trình tạo thành kết tủa.
Do đó, phương trình ion rút gọn sẽ là sự kết hợp của các ion tạo thành kết tủa với tỉ lệ mol tương ứng.
Ta sẽ viết hai phương trình ion rút gọn cho hai quá trình tạo kết tủa riêng biệt:
Quá trình tạo kết tủa BaSO₄:
Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Quá trình tạo kết tủa Fe(OH)₃:
Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓

Khi đề bài yêu cầu viết “ion thu gọn” cho phản ứng, thông thường sẽ là phương trình biểu diễn sự kết hợp của các ion để tạo thành các chất kết tủa hoặc chất điện li yếu.
Trong trường hợp này, có hai quá trình tạo kết tủa xảy ra đồng thời. Tuy nhiên, nếu chỉ yêu cầu một phương trình ion rút gọn duy nhất, ta cần xem xét các ion nào thực sự là “khán giả” (không tham gia phản ứng). Nhưng ở đây, tất cả các ion đều tham gia.
Theo quy ước, phương trình ion rút gọn cho phản ứng này sẽ biểu diễn sự kết hợp của các ion tạo thành kết tủa.

Cách viết phương trình ion rút gọn thông thường:
1. Viết phương trình phân tử cân bằng.
2. Viết phương trình điện li của các chất điện li mạnh.
3. Lược bỏ các ion giống nhau ở cả hai vế.
4. Viết phương trình ion rút gọn.

Áp dụng lại:
Phương trình phân tử: Fe₂(SO₄)₃ + 3Ba(OH)₂ → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Phương trình điện li: 2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Ở đây, không có ion nào giống nhau ở cả hai vế để lược bỏ.
Tuy nhiên, “ion thu gọn” thường chỉ ra các ion trực tiếp tham gia tạo thành sản phẩm.
Trong trường hợp này, sản phẩm là kết tủa, nên các ion tạo thành kết tủa sẽ là trọng tâm.

Lời giải chính xác cho “ion thu gọn” của phản ứng này là:
Do Fe₂(SO₄)₃ điện li ra 2 ion Fe³⁺ và 3 ion SO₄^2-.
Ba(OH)₂ điện li ra 1 ion Ba²⁺ và 2 ion OH^–.
Khi phản ứng, ion Ba²⁺ kết hợp với ion SO₄^2- tạo kết tủa BaSO₄.
Và ion Fe³⁺ kết hợp với ion OH^– tạo kết tủa Fe(OH)₃.

Ta cần cân bằng phương trình ion rút gọn dựa trên tỉ lệ mol trong phản ứng phân tử.
Từ phương trình phân tử:
Fe₂(SO₄)₃ + 3Ba(OH)₂ → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Ta có:
2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓

Nếu viết hai phương trình ion rút gọn riêng biệt:
Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓
Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓

Tuy nhiên, đề bài thường mong muốn một phương trình ion rút gọn duy nhất cho toàn bộ phản ứng.
Trong trường hợp này, tất cả các ion đều là chất phản ứng và tạo thành sản phẩm. Do đó, phương trình ion rút gọn sẽ bao gồm các ion phản ứng với tỉ lệ mol tương ứng.
Ta cần xem xét hệ số của các ion trong phương trình ion đầy đủ.
Ta có 2 ion Fe³⁺, 3 ion SO₄^2-, 3 ion Ba²⁺, 6 ion OH^–.
Các ion này kết hợp với nhau tạo thành sản phẩm.
Phương trình ion rút gọn sẽ giữ lại tỉ lệ các ion tham gia phản ứng.

Nếu ta chỉ xét ion tạo thành Fe(OH)₃:
2Fe³⁺ + 6OH^– → 2Fe(OH)₃↓ (chia cho 2) → Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓

Nếu ta chỉ xét ion tạo thành BaSO₄:
3Ba²⁺ + 3SO₄^2- → 3BaSO₄↓ (chia cho 3) → Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Vì đề bài chỉ yêu cầu “ion thu gọn” mà không phân tách, ta sẽ viết phương trình ion rút gọn biểu diễn sự kết hợp của các ion tạo thành sản phẩm kết tủa.
Phương trình ion rút gọn phản ánh bản chất của phản ứng: sự kết hợp của các ion tạo thành chất kết tủa.
Do đó, chúng ta sẽ giữ lại các ion tham gia phản ứng với tỉ lệ mol tương ứng.
Phương trình ion rút gọn là:
2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Đây là phương trình ion đầy đủ.
Phương trình ion rút gọn sẽ là sự biểu diễn đơn giản hóa nhất của phản ứng.
Trong trường hợp này, không có ion nào bị lược bỏ vì tất cả đều tham gia tạo kết tủa.
Do đó, phương trình ion rút gọn sẽ phản ánh sự kết hợp của các ion tạo thành sản phẩm.
Theo quy ước, ta sẽ viết phương trình ion rút gọn thể hiện sự kết hợp của các ion để tạo thành chất kết tủa.
Ta sẽ xem xét tỉ lệ mol của các ion trong phản ứng phân tử đã cân bằng:
2Fe³⁺ + 3SO₄^2- + 3Ba²⁺ + 6OH^– → 3BaSO₄↓ + 2Fe(OH)₃↓
Trong trường hợp này, không có ion chung để lược bỏ.
Vì vậy, phương trình ion rút gọn sẽ là:
Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓ và Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓.
Tuy nhiên, nếu chỉ yêu cầu một phương trình ion rút gọn duy nhất, chúng ta cần xem xét tỉ lệ mol của các ion trong phản ứng.
Đề bài yêu cầu “ion thu gọn”, nghĩa là phương trình ion rút gọn nhất.
Trong trường hợp này, tất cả các ion tham gia đều tạo thành kết tủa, nên phương trình ion rút gọn sẽ biểu diễn sự kết hợp của các ion tạo thành kết tủa.
Ta sẽ giữ nguyên tỉ lệ các ion tham gia phản ứng.
Do đó, phương trình ion rút gọn là:
Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓ và Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓.
Trong trường hợp của đề bài này, chúng ta có thể hiểu “ion thu gọn” như là phương trình ion rút gọn biểu diễn sự kết hợp của các ion tạo thành sản phẩm kết tủa.

Vậy, phương trình ion rút gọn là:

• Fe³⁺ + 3OH^– → Fe(OH)₃↓
• Ba²⁺ + SO₄^2- → BaSO₄↓

Lý do: Đây là các phương trình biểu diễn sự kết hợp của các ion để tạo thành chất kết tủa không tan, là bản chất của phản ứng trao đổi ion trong trường hợp này. Các ion không tham gia phản ứng (ion khán giả) đã bị lược bỏ. Tuy nhiên, trong trường hợp này, tất cả các ion đều tham gia tạo kết tủa, nên chúng ta viết các phương trình tạo kết tủa.
Nếu đề bài muốn một phương trình ion rút gọn duy nhất cho toàn bộ phản ứng, thì sẽ là sự kết hợp của các ion với tỉ lệ mol tương ứng.
Tuy nhiên, cách viết trên là phổ biến khi yêu cầu “ion thu gọn” cho phản ứng tạo ra nhiều kết tủa.