Phương Pháp Bảo Toàn điện Tích - O₂ Education

Phương pháp bảo toàn điện tích

CHUYÊN ĐỀ 4: PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

I. Phương pháp bảo toàn điện tích

1. Nội dung phương pháp bảo toàn điện tích

– Cơ sở của phương pháp bảo toàn điện tích là định luật bảo toàn điện tích : Trong một hệ cô lập điện tích được bảo toàn.

Suy ra trong phân tử hợp chất ion hoặc dung dịch chất điện li, tổng giá trị điện tích dương bằng tổng giá trị điện tích âm.

– Hệ quả của của định luật bảo toàn điện tích :

● Hệ quả 1 :

Trong dung dịch : Tổng giá trị điện tích dương số mol ion dương = Tổng giá trị điện tích âm số mol ion âm.

Ví dụ : Dung dịch X có a mol Mg2+, b mol Na+, c mol , d mol , e mol . Tìm mối quan hệ về số mol của các ion trong X.

Theo hệ quả 1 của định luật bảo toàn điện tích, ta có :

● Hệ quả 2 :

Trong phản ứng trao đổi : Tổng giá trị điện tích dương số mol ion dương phản ứng = Tổng giá trị điện tích âm số mol ion âm phản ứng.

Ví dụ : Cho từ từ V lít dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch chứa Na2CO3 1M và KHCO3 0,5M đến khi không còn khí thoát ra thì dừng lại. Tính V.

Theo giả thiết, ta có :

Bản chất phản ứng là ion H+ tác dụng hoàn toàn với các ion và , giải phóng khí CO2.

Áp dụng hệ quả 2 của định luật bảo toàn điện tích, ta có :

● Hệ quả 3 :

Khi thay thế ion này bằng ion khác : Số mol ion ban đầu giá trị điện tích của nó = Số mol ion thay thế giá trị điện tích của nó.

Ví dụ : Cho 0,075 mol Fe2O3 phản ứng hoàn toàn với 150 ml dung dịch HCl aM. Tính a.

Theo bảo toàn nguyên tố O, ta có :

Fe2O3 phản ứng với HCl tạo ra FeCl3. Như vậy, ion trong Fe2O3 đã được thay thế bằng ion nên

Suy ra :

Phương pháp bảo toàn điện tích là phương pháp giải bài tập hóa học sử dụng các hệ quả của định luật bảo toàn điện tích.

2. Ưu điểm của phương pháp bảo toàn điện tích

a. Xét các hướng giải bài tập sau :

Câu 30 – Mã đề 384: Cho hỗn hợp K2CO3 và NaHCO3 (tỉ lệ mol 1 : 1) vào bình dung dịch Ba(HCO3)2 thu được kết tủa X và dung dịch Y. Thêm từ từ dung dịch HCl 0,5M vào bình đến khi không còn khí thoát ra thì hết 560 ml. Biết toàn bộ Y phản ứng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 1M. Khối lượng kết tủa X là

A. 3,94 gam. B. 7,88 gam. C. 11,28 gam. D. 9,85 gam.

(Đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2012)

Hướng dẫn giải

● Cách 1 : Phương pháp thông thường – Tính toán theo phương trình phản ứng

Đặt

Theo giả thiết :

Kết tủa X là BaCO3, dung dịch Y chứa các ion K+, Na+, , ngoài ra còn có thể có Ba2+ hoặc .

Phản ứng xảy ra khi cho hỗn hợp NaHCO3 và K2CO3 vào bình chứa Ba(HCO3)2 :

+ Ba2+ BaCO3 (1)

Phản ứng xảy ra khi tiếp tục cho HCl vào bình đến khi không còn khí thoát ra :

H+ + H2O + CO2 (2)

2H+ + H2O + CO2 (3)

2H+ + BaCO3 Ba2+ + H2O + CO2 (4)

Phản ứng xảy ra khi cho NaOH vào dung dịch Y :

+ + H2O (5)

Từ giả thiết và các phản ứng (2), (3), (4) ta thấy :

Từ giả thiết và (5) ta thấy số mol phản ứng là :

Từ (*) và (**) suy ra : x = 0,04; y = 0,08.

Do

● Cách 2 : Phương pháp bảo toàn điện tích (vẫn sử dụng cách gọi số mol như trên) :

Sơ đồ phản ứng :

Để lập được phương trình như ở trên, ta có thể đi theo 1 trong 2 hướng như sau:

* Hướng 1 : Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng

Theo sơ đồ phản ứng ta thấy : Sau khi cho HCl phản ứng vừa hết với các chất trong bình thì dung dịch thu được chứa các ion K+, Na+, Ba2+ và

Áp dụng bảo toàn điện tích trong dung dịch sau phản ứng, ta có :

* Hướng 2 : Áp dụng bảo toàn điện tích trong phản ứng

Bản chất của phản ứng giữa các cặp ion trái dấu là tạo ra những chất kết tủa, bay hơi, điện li yếu trung hòa về điện. Phản ứng của HCl với các chất ở trong bình là phản ứng của H+ với các ion (nằm trong kết tủa và có thể cả trong dung dịch) và trong dung dịch nên ta có :

Khi cho dung dịch Y phản ứng với dung dịch NaOH thì chỉ có ion phản ứng với ion tạo ra .

+ + H2O

Suy ra :

Vậy ta có :

Do

b. Nhận xét :

Với cách 1 : Viết nhiều phản ứng (mặc dù đã sử dụng phản ứng ở dạng ion rút gọn – phản ứng thể hiện rõ nét nhất bản chất phản ứng), mối liên quan về số mol các chất được tính toán dựa trên phản ứng. Tuy dễ hiểu nhưng phải trình bày dài dòng, mất nhiều thời gian, chỉ phù hợp với hình thức thi tự luận trước đây.

Với cách 2 : Mối liên quan về số mol các chất được tính toán trực tiếp dựa vào sự bảo toàn điện tích nên không phải viết phương trình phản ứng.

Ở cách 1, (*) được thiết lập dựa vào phản ứng ion rút gọn. Ở cách 2, (*) được thiết lập dựa vào bảo toàn điện tích. Từ đó suy ra : Sử dụng phương trình ion rút gọn là đã gián tiếp sử dụng bảo toàn điện tích.

c. Kết luận :

So sánh 2 cách giải ở trên, ta thấy : Phương pháp bảo toàn điện tích có ưu điểm là trong quá trình làm bài tập thay vì phải viết phương trình phản ứng, học sinh chỉ cần lập sơ đồ phản ứng, tính toán đơn giản dựa vào sự bảo toàn điện tích và cho kết quả nhanh.

Như vậy : Nếu sử dụng phương pháp bảo toàn điện tích một cách hiệu quả thì có thể tăng đáng kể tốc độ làm bài so với việc sử dụng phương pháp thông thường là viết phương trình phản ứng ở dạng phân tử hoặc bản chất hơn là viết phương trình ion rút gọn.

3. Phạm vi áp dụng :

Phương pháp bảo toàn điện tích có thể giải quyết được nhiều dạng bài tập liên quan đến phản ứng trong hóa vô cơ, có thể là phản ứng oxi hóa – khử hoặc phản ứng không oxi – hóa khử.

Một số dạng bài tập thường dùng bảo toàn điện tích là :

+ Phản ứng trao đổi ion trong dung dịch chất điện ly.

+ Khí CO2 tác dụng với dung dịch chứa hỗn hợp các bazơ.

+ Cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch chứa ion hoặc chứa đồng thời các ion .

+ Dung dịch axit tác dụng với dung dịch chứa ion .

+ Phản ứng của kim loại, oxit, muối,… với dung dịch axit có tính oxi hóa hoặc không có tính oxi hóa.

Để sử dụng thành thạo bảo toàn điện tích trong phản ứng, cần phải hiểu được bản chất của phản ứng. Dưới đây là bảng tổng kết các phản ứng trao đổi ion thường gặp và biểu thức bảo toàn điện tích trong phản ứng.

Phản ứng trao đổi (không cần quan tâm đến hệ số cân bằng)	Bảo toàn điện tích trong phản ứng
Ba2+ + BaCO3 (Có thể thay ion Ba2+ bằng Ca2+, Mg2+; thay ion bằng )
Ba2+ + BaSO4
Ag+ + AgCl (Có thể thay ion bằng ion )
Ag+ + CuS (Có thể thay ion Ag+ bằng ion Pb2+, Cu2+)
Ag+ + Ag3PO4 (Có thể thay ion Ag+ bằng ion Ca2+, Mg2+, Ba2+)
Al3+ + + H2O CO2 + Al(OH)3 (Có thể thay ion Al3+ bằng ion Fe3+)
H+ + H2O
NH4+ + NH3 + H2O
Mn+ + M(OH)n (M là kim loại từ Mg đến Cu)
+ + H2O (Đối với các ion , phản ứng cũng xảy ra tương tự)
+ 2H+ dư CO2 + H2O
+ H+ CO2 + H2O

O2 Education gửi các thầy cô link download file pdf đầy đủ

PP4 – BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

Xem thêm

Tổng hợp các phương pháp giải bài tập môn hoá học

Tổng hợp đề thi THPT QG 2021 file word có lời giải chi tiết