Dạng bài tập phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li

CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP SỰ ĐIỆN LI, PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION TRONG DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LI

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (257.02 KB, 41 trang )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

KHOA SƯ PHẠM

TIỂU LUẬN
XÂY DỰNG BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ SỰ ĐIỆN LI,
PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION
TRONG DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI

Hà Nội, tháng 12 năm 2018


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ đầy đủ
Giáo dục và đào tạo
Giáo viên
Học sinh
Trắc nghiệm
Tự luận

Từ viết tắt
GD&ĐT
GV
HS
TN
TL

MỤC LỤC

2




Nội dung
Đặt vấn đề
Nội dung

I.
1.
2.
3.
4.
II.
1.
2.

Tóm tắt lí thuyết

Trang
4
5
5

Sự điện li

5

Axit, bazơ, muối

6


PH của dung dịch

8

Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li

8
9

Phân loại dạng bài tập
Bài toán xác định chất điện li

9

Bài toán xác định axit, bazơ, chất lương tính, chất trung tính theo
hai thuyết A – re – ni – ut và Bron – stêt

11

3. Bài toán xác định độ điện li và nồng độ dung dịch
4. Bài toán xác định hằng số phân li
5. Bài toán áp dụng định luận bảo toàn điện tích
6. Bài toán xác định pH và môi trường dung dịch
7. Bài toán về phản ứng trao đổi ion trong dung dịch
III. Phương pháp giải bài tập
IV. Ra bài tập theo định hướng mới
1. Bài tập sử dụng hình vẽ, sơ đồ
2. Bài tập tình huống thực tiễn
V. Vận dụng vào dạy học
VI. Kiểm tra đánh giá


1. Ma trận đề
2. Đề minh họa
3. Hướng dẫn chấm
Kết luận
Tài liệu tham khảo

12
14
16
17
21
23
24
24
27
28
35
35
35
39
42
43

PHÂN DẠNG BÀI TẬP VỀ SỰ ĐIỆN LI, PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ION
TRONG DUNG DỊCH CÁC CHẤT ĐIỆN LI
Đặt vấn đề

3



Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể mà Bộ GD&ĐT công bố gần đây nhất
gây chú ý với quyết tâm xây dựng “chân dung” hoàn toàn mới về HS. Đây được xem như
là mục tiêu lớn nhất của chương trình, trên cơ sở đổi mới nội dung, phương pháp và hình
thức giáo dục, thi, kiểm tra, đánh giá chất lượng giáo dục theo yêu cầu phát triển phẩm
chất và năng lực của HS. Mục tiêu này hướng đến hình thành cho HS 6 phẩm chất chủ
yếu và 10 năng lực cốt lõi. Trong môn hóa học, việc triển khai, thực thi mục tiêu mà
chương trình giáo dục tổng thể đưa ra không chỉ dừng ở 6 phẩm chất chủ yếu và 10 năng
lực cốt lõi mà còn giúp HS hình thành và phát triển những năng lực đặc thù của bộ môn.
Hóa học không chỉ là môn khoa học lí thuyết mà còn là môn khoa học thực nghiệm. Việc
dạy học không chỉ dừng lại ở mức truyền đạt và lĩnh hội tri thức mà còn học hình thành
và rèn luyện các năng lực như năng lực tính toán, năng lực sử dụng ngôn ngữ hóa học,
năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo,... giúp HS biết vận dụng những kiến thức đã học
vào thực tiễn đời sống. Vì vậy, việc sử dụng bài tập hóa học trong dạy học đóng một vai
trò quan trọng. Nó giúp HS chứng minh, kiểm nghiệm lại kiến thức đã học đồng thời
cũng giúp HS đào sâu và mở rộng kiến thức.
Kiến thức về sự điện li nằm chủ yếu ở chương đầu của chương trình hóa học 11, nó
không chỉ giúp HS hiểu rõ hơn về bản chất, cấu tạo của chất mà còn giải đáp các thắc
mắc về các hiện tượng khi các axit, bazơ, muối hòa tan trong nước; đặc điểm của phản
ứng xảy ra trong dung dịch nước;... Kiến thức về sự điện li cũng như phản ứng trao đổi
ion trong dung dịch chất điện li có vai trò, ứng dụng lớn trong thực tiễn đời sống và sản
xuất. Chính vì nhận thức được tầm quan trọng của phần nội dung kiến thức này, cũng như
sự cần thiết của việc xây dựng và phát triển các dạng bài tập liên quan nên em lựa chon
đề tài: “Xây dựng bài tập chuyên đề sự điện li, phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất
điện li” làm đề tài tiểu luận cuối kì kết thúc môn Dạy học bài tập Hóa học phổ thông.

Nội dung

I.

Tóm tắt lí thuyết



4


Lí thuyết về sự điện li và phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li được
tìm hiểu theo 4 phần dưới đây:
1. Sự điện li
- Chất điện li là chất tan vào nước tạo thành dung dịch dẫn điện. Bao gồm

-

axit, bazơ, muối.
Chất không điện li là chất tan vào nước tạo dung dịch không dẫn điện.

-

Thường là chất hữu cơ tan tốt trong nước như ancol, anđehit – xeton,...
Sự điện li là quá trình phân li thành các ion dương và ion âm trong dung

-

dịch dưới tác dụng của nước.
 Chất điện li là chất khi tan trong nước phân li ra ion dương và ion âm.
Độ điện li (: Là tỉ số giữa số phân tử phân li ra ion (n) và tổng số phân tử
hòa tan (no).
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện li:
• Bản chất của chất điện li.
• Nồng độ của chất điện li (C o). Khi pha loãng dung dịch, độ điện li

-



của các chất điện li đều tăng.
Phân loại chất điện li:
• Chất điện li mạnh (): Là chất khi tan trong nước, các phân tử hòa tan
đều phân li hoàn toàn ra ion. Bao gồm các aixt mạnh, các bazơ mạnh
và hầu hết các muối tan trừ CuCl2, HgCl2,....
• Chất điện li yếu (): Là chất khi tan trong nước chỉ có một phần số
phân tử hòa tan phân li ra ion, phần còn lại vẫn tồn tại dưới dạng
phân tử trong dung dịch. Bao gồm các aixt yếu, bazơ yếu, và một số
muối.

- Phương trình điện li là phương trình biểu diễn sự phân li của chất điện li.







2. Axit, bazơ, muối
- Axit, bazơ:
• Khái niệm
Khái niệm
Thuyết A-rê-ni-ut
Axit

Thuyết Bron-stêt

Axit là chất khi tan trong nước Axit là chất nhường proton


5


phân li ra ion H+.

(H+).

Bazơ là chất khi tan trong nước
phân li ra ion OH-.

Bazơ

Bazơ là chất nhận proton (H+).

Hiđroxit Là hiđroxit khi tan trong nước
lưỡng vừa có thể phân li như axit vừa
tính

có thể phân li như bazơ.

Là chất vừa có thể nhận proton,
vừa có thể nhận proton.
Là những chất không có khả

Chất

năng nhường và cũng không có

trung


khả năng nhận proton.

tính

- Chỉ đúng cho trường hợp dung

- Tổng quát hơn, áp dụng đúng
cho bất kì dung môi nào có khả

môi là nước.

năng nhường và nhận proton, cả
Nhận xét

- Những chất không chứa nhóm

khi vắng mặt dung môi.

OH, nhưng là bazơ như NH3,
amin thì không giải thích được.

- Axit, bazơ không nhất thiết
phải là phân tử, mà cũng có thể
là ion.

• Hằng số phân li axit, bazơ:
+ Để đánh giá khả năng phân li của chất, ngoài độ điện li người ta
còn dung hằng số phân li K được định nghĩa theo công thức:
Trong đó [M+] , [A-] và [MA] là nồng độ mol của ion và phần MA
còn lại tại thời điểm cân bằng.


Đối với một chất tan nhất định thì K là một hằng số chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ và bản chất của dung môi.
+ Nếu MA là axit K gọi là hằng số axit, kí hiệu Ka.
+ Nếu MA là bazơ K gọi là hằng số axit, kí hiệu Kb.
+ Nếu MA là phức chất K gọi là hằng số không bền, kí hiệu Kkb.
Công thức liên hệ giữa và K:

6


Vì K không đổi nên khi Co càng nhỏ (dung dịch càng loãng) thì độ
điện li càng lớn.

- Muối:
• Khái niệm: Muối là hợp chất khi tan trong nước phân li ra cation
kim loại (hoặc cation NH4+) và anion gốc axit.
• Phân loại:
+ Muối trung hòa: Là muối mà anion gốc axit không còn hiđro có
khả năng phân li ra ion H+( hiđro có tính axit) được gọi là muối
trung hòa.
+ Muối axit: Là muối mà anion gốc axit của muối vẫn còn hiđro có
khả năng phân li ra ion H+.
Ngoài ra còn có một số loại muối sau:
+ Muối kép: Là muối kết tinh từ dung dịch hỗn hợp hai muối đơn
giản.
Muối kép = 2 cation + 1 anion.
+ Muối hỗn tạp là muối của một kim loại với nhiều loại gốc axit
khác nhau.
Muối hỗn tạp = 1 cation + 2 anion.
+ Phức chất: là loại hợp chất sinh ra do loại ion đơn (thường là ion


kim loại), gọi là ion trung tâm, liên kết với phân tử hoặc ion khác,
gọi là phối tử.
3. pH của dung dịch
- Khái niệm: Là chỉ số để đo nồng độ (đặc, loãng) của dung dịch axit hay
bazơ khi nồng độ của dung dịch nhỏ hơn 0,1 M.
Nếu pH = a [H+] = 10-a M.
- Phân loại:
• Môi trường trung tính (pH = 7):
Ở 25 hay lân cận 25:

• Môi trường axit (pH < 7):
Ở 25 hay lân cận 25:

• Môi trường bazơ (pH > 7):
Ở 25 hay lân cận 25:

4. Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện li

7


- Khái niệm: Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch là phản ứng xảy ra do sự
-

trao đổi ion giữa các chất điện li để tạo thành chất mới, trong đó, số oxi hóa
của chúng trước và sau phản ứng không đổi.
Điều kiện xảy ra phản ứng: Chỉ xảy ra khi các ion kết hợp được với nhau
tạo thành ít nhất mội trong các chất sau: chất kết tủa, chất điện li yếu, chất

-



khí.
Phản ứng thủy phân của muối:
Không phải dung dịch của tất cả các muối trung hòa đều là những môi
trường trung tính (pH = 7). Muối bị thủy phân, gây ra sự thay đổi tính chất
của môi trường.
Tất cả các muối tan khi cho vào nước đều phân li ra ion, vì phần lớn chúng
là chất điện li mạnh, tuy nhiên chỉ một số ion phân li ra mới cho phản ứng
thuỷ phân:
• Ion của gốc axit yếu thủy phân trong nước tạo môi trường bazơ.
• Ion của gốc bazơ yếu thủy phân trong nước tạo môi trường axit.
• Nếu muối tạo bởi gốc axit mạnh và gốc bazơ mạnh thì không bị thủy
phân trong nước, môi trường trung tính.
• Nếu muối tạo bởi gốc axit yếu và gốc bazơ yếu thì còn tùy vào quá
trình cho hay nhận proton mạnh hơn để xác định được môi trường
của dung dịch.

Dạng muối
Muối trung hòa tạo
bởi:
Cation của bazơ
mạnh và anion gốc
axit mạnh.
Cation của bazơ yếu
và anion gốc axit
mạnh.
Cation của bazơ
mạnh và anion gốc
axit yếu.
Cation của bazơ yếu


và anion gốc axit
yếu.

II.

Phản ứng thuỷ phân

pH của dung dịch
(Môi trường dung dịch)

Các ion không thuỷ
phân.

pH = 7;
(môi trường trung tính)

Cation của bazơ yếu bị
thủy phân.

pH < 7;
(môi trường axit)

Anion gốc aixt yếu bị
thủy phân.

pH > 7;
(môi trường bazơ)

Cả cation và anio đều
bị thủy phân.



Tuỳ vào Ka, Kb của quá
trình thuỷ phân nào chiếm
ưu thế, sẽ cho môi trường
axit hoặc bazơ.

Phân loại dạng bài tập
1. Bài toán xác định chất điện li
- Dựa vào lí thuyết về sự điện li để xác định chất đinh lie cũng như phan loại

-

chất diện li mạnh, chất diện li yếu.
Ví dụ minh họa:

8


1) Trong số các chất sau: HNO2, CH3COOH, KMnO4, C6H6, HCOOH,
HCOOCH3, C6H12O6, C2H5OH, SO2, Cl2, NaClO, CH4, NaOH, NH3,
H2S. Số chất thuộc loại chất điện li là:
A. 7.
B. 8.
C. 9.
D. 10.
Giải:
Các chất điện li là: HNO2, CH3COOH, KMnO4, HCOOH, NaClO,

-


NaOH, NH3, H2S.
Đáp án: B.
2) Dãy chất nào sau đây, trong nước đều là chất điện li yếu?
A. H2S, H2SO3, H2SO4, NH3.
B. H2CO3, H3PO4, CH3COOH, Ba(OH)2.
C. H2S, CH3COOH, HClO, NH3.
D. H2CO3, H2SO3, HClO, Al2(SO4)3.
Giải:
Loại A vì có H2SO4 là một aixt mạnh.
Loại B vì có Ba(OH)2 là một bazơ mạnh.
Loại D vì có Al2(SO4)3 là một muối tan.
Đáp án: C
Bài tập vận dụng:
1) Dãy chất nào sau đây, trong nước đều là chất điện li mạnh?
A. H2SO4, Cu(NO3)2, CaCl2, NH3.
B. HCl, H3PO4, Fe(NO3)3, NaOH.
C. HNO3, CH3COOH, BaCl2, KOH.
D. H2SO4, MgCl2, Al2(SO4)3, Ba(OH)2.
Đáp án: D.
2) Có 4 dung dịch : Natri clorua, rượu etylic, axit axetic, kali sunfat đều
có nồng độ 0,1 mol/l. Khả năng dẫn điện của các dung dịch đó tăng
dần theo thứ tự nào trong các thứ tự sau:
A. NaCl < C2H5OH < CH3COOH < K2SO4.
B. C2H5OH < CH3COOH < NaCl < K2SO4.
C. C2H5OH < CH3COOH < K2SO4 < NaCl.
D. CH3COOH < NaCl < C2H5OH < K2SO4.
Đáp án: B.
3) Trong dung dịch axit axetic (bỏ qua sự phân li của H2O) có những

phần tử nào?


A. .
B. .
C.
D.
Đáp án: C
2. Bài toán xác định aixt, bazơ, chất lượng tính, chất trung tính theo hai
thuyết là A – rê – ni –ut và Bron – stêt

9


- Dựa vào lí thuyết của 2 thuyết trên để xác định axit, bazơ, chất lương tính,
-

chất trung tính; viết phương trình điện li của chúng.
Ví dụ minh họa:
1) Theo định nghĩa của Bron – stêt, các ion:
là axit, bazơ, chất trung tính hay lương tính? Giải thích?
Giải:
+ Các axit là: .
Do theo phương trình điện li dưới đây, ta thấy chúng là chất nhường
proton (H+).
+ Các bazơ là: .
Do theo phương trình điện li dưới đây, ta thấy chúng là chất nhận
proton (H+).
+ Chất lưỡng tính là: .
Do theo phương trình điện li dưới đây, ta thấy nó là chất vừa có thể
nhận và nhường proton (H+).

-



+ Chất trung tính là: .
Do chúng là những chất không có khả năng nhường và cũng không
có khả năng nhận proton (H+) .
Bài tập vận dụng:
1) Cho các chất và ion sau:
,
.
Theo Bron – stêt, số chất và ion lưỡng tính là:
A. 12.
B. 11
C. 13.
D. 14.
Đáp án: A.

2) Cho các chất và ion sau:

a. Theo Bron-stêt số chất và ion có tính chất axit là:
A. 10.
B. 11.
C. 12.
D. 9.
b. Theo Bron-stêt số chất và ion có tính chất bazơ là:
A. 12.
B. 10.
C. 13.
D. 11.
c. Theo Bron-stêt số chất và ion có tính chất trung tính là:
A. 2.
B. 1.


C. 3.
D. 4.
Đáp án:
a. D.

10


b. B.
c. D.
3. Bài toán xác định độ điện li và nồng độ dung dịch
- Hướng dẫn:
+ Áp dụng công thức tính độ điện li:
Trong đó:
N: Số phân tử điện li.
No: Số phân tử hòa tan trong dung dịch.
n: số mol chất bị điện li tạo ion.
no: số mol chất tan trong dung dịch.
C: Nồng độc chất bị điện li tạo ion.
Co: Nồng độ chất tan trong dung dịch.
+ Sử dụng phương pháp ba dòng kẻ:
Ban đầu:
Điện li:
Cân bằng:
 Độ điện li:

a
x
(a – x)


0
x
x

0
x
x

+ : chất điện li mạnh.
+ : Chất điện li yếu.
+ : Chất không điện li.

- Ví dụ minh họa:
1) Xác định nồng độ của các chất trong dung dịch CH 3COOH 0,08M
tại thời điểm cân bằng. Biết độ điện li .
Giải:
Ban đầu:
0,08
Điện li:
x
Cân bằng: (0,08 – x)
Do độ điện li , nên ta có:

0
x
x

0
x
x



(M)
(M)
(M)

Tại thời điểm cân bằng, nồng độ các chất là:

- Bài tập vận dụng:
1) Trong dung dịch HClO a (M) có tổng nồng độ các ion là 0,03M. Xác
định giá trị của a. Biết độ điện li .
A. 0,3.
B. 0,6.
C. 0,8.
Đáp án: A.

11

D. 0,9.


2) Khi hòa tan 0,2 mol một aixt HX vào dung dịch, thu được dung dịch
chứa 0,04 mol H+. Độ điện li của HX trong dung dịch trên là.
A. 0,1.
B. 0,15.
C. 0,2.
D. 0,3.
Đáp án: C.

3) Hòa tan 3 gam CH3COOH vào nước để được 250 ml dung dịch, biết
độ điện li của CH3COOH là 0,12. Nồng độ mol của ion H + trong


dung dịch là:
A. 0,012M.

B. 0,024M.

C. 0,048M.

D.

0,096M.
Đáp án: B.

4. Bài toán xác định hằng số phân li
- Hằng số phân li (kí hiệu: K):
• Công thức chung:
Trong đó [M+] , [A-] và [MA] là nồng độ mol của ion và phần MA còn lại
tại thời điểm cân bằng.
• Đối với một chất tan nhất định thì K là một hằng số chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ và bản chất của dung môi.
+ Nếu MA là axit K gọi là hằng số axit, kí hiệu Ka. Ka càng lớn thì
tính axit càng mạnh.
+ Nếu MA là bazơ K gọi là hằng số axit, kí hiệu Kb. Kb càng lớn thì
tính axxit càng mạnh.
+ Nếu MA là phức chất K gọi là hằng số không bền, kí hiệu Kkb.
• Công thức liên hệ giữa và K:
Vì K không đổi nên khi Co càng nhỏ (dung dịch càng loãng) thì độ

-

điện li càng lớn.


Hướng dẫn:
+ Sử dụng phương pháp ba dòng kẻ:
Ban đầu:
Điện li:
Cân bằng:

Co
x
(Co – x)

0
x
x

0
x
x

+ Áp dụng công thức về độ điện li và hằng số phân li để lập phương trình
một ẩn.

12


Độ điện li: .
Hằng số phân li:

.

+ Giải phương trình, tìm ẩn số của đầu bài.



- Ví dụ minh họa:
-

1) Trong dung dịch NH3 0,04M có [OH ] = 0,008M. Tính độ điện li và
hằng số phân li của NH3.
Giải:
Ban đầu:
Điện li:
Cân bằng:

0,04
0,008
(0,04 – 0,008)

0
0,008
0,008

0 (M)
0,008 (M)
0,008 (M)

Độ điện li: .
Hằng số phân li: : .

- Bài tập vận dụng:
1) Dung dịch axit HClO 0,2M có Ka = . Độ điện li của dung dịch trên
là:


A. 0,01.

B. 0,15.

C. 0,02.

D. 0,03.

Đáp án: A.

2) Trong dung dịch HA có tồn tại 0,2 mol HA và 0,06 mol các ion. Biết
thể tích dung dịch là 400 ml. Độ điện li và hằng số phân li của dung
dịch HA lần lượt là:

A. 0,15 và 0,01125.
B. 0,15 và 0,0225.

C. 0,13 và 0,01125.
D. 0,13 và 0,0225.

Đáp án: C.

5. Bài toán áp dụng định luật bảo toàn điện tích
- Định luật bảo toàn điện tích:
+ Nội dung định luật: Trong dung dịch chứa các chất điện li, tổng số mol

-

điện tích dương và âm luôn bằng nhau.
+ Công thức chung:


Trong đó: .
Hướng dẫn:
+ Xác định thành phần các ion có trong dung dịch (cation và anion).

13


-

+ Áp dụng định luật bảo toàn điện tích.
+ . (cation và anion tham gia vào quá trình tạo muối).
Ví dụ minh họa:
1) Dung dịch X gồm: Na+ 0,035 mol, Al3+ 0,025 mol, Mg2+ 0,025 mol,
-

-

HCO3 0,06 mol, SO42 x mol. Tìm giá trị của x.
Giải:
Áp dụng định luật bảo toàn điện tích có:

2) Một dung dịch X có thành phần gồm: Ca 2+ 0,6M, Fe3+ 0,3M, NO3

-

-

0,5M, Cl x mol. Cô cạn 400 ml dung dịch X thu được m gam hỗn
hợp Y gồm 4 muối khan. Xác định giá trị của m.
Giải:


+ Số mol các ion trong 400 ml dung dịch X:
.
.
.
+ Áp dụng định luật bảo toàn điện tích có:
+ Các muối khan là: .
-

-

-

=> Các ion tham gia tạo muối là: Ca2+, Fe3+ , NO3 , Cl .
=>
.
Bài tập vận dụng:
-

-

1) Dung dịch X gồm: H+, Fe3+ 0,024 M, NO3 , Cl . Biết tổng nồng độ
của các anion là 0,144M. Nồng độ ion H+ trong X là:
A. 0,072M.
B. 0,096M.
C. 0,120M.

D.

0,216M.
Đáp án: A.


-

2) Một dung dịch X có thành phần gồm: Mg2+ 0,2 mol, Fe3+, SO42 0,15
-

mol, Cl . Cô cạn dung dịch X thu được 39,0 gam hỗn hợp Y gồm 4
-

muối khan. Số mol của 2 ion Fe3+ và Cl trong X lần lượt là:

A. 0,1 mol và o,4 mol.
14


B. 0,4 mol và 0,1 mol.
C. 0,2 mol và 0,3 mol.
D. 0,3 mol và 0,2 mol.
E.

Đáp án: A.
6. Bài toán xác định pH và môi trường dung dịch
- Hướng dẫn: Với mỗi lại dung dịch, ta áp dụng công thức phù hợp:
F.
+ Đối với dung dịch axit mạnh ( = 1)
G.
H.
+ Đối với dung dịch bazơ mạnh ( = 1).
I.
J.
K.


+ Đối với dung dịch axit yếu ( < 1)
L.
Xét đơn axit yếu: HA ⇌ H+ + A- ; Ka
M.
Có ban đầu = Ca
N.
O.
pKa = -lg Ka
P.
Vì HA là một đơn axit nên và là một axit yếu nên ta có:
Q.
<