Dạng bài tập phản ứng trao đổi ion trong dung dịch các chất điện li
Ngày đăng:
26/09/2022
Trả lời:
0
Lượt xem:
129
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 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. < |