Phần

Kết tủa khi trộn hai dung dịch muối: nồng độ ion còn lại

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em tính được nồng độ chất tan còn lại sau khi trộn hai dung dịch muối tạo kết tủa, và biết kết tủa không tham gia vào nồng độ dung dịch.

Kiến thức cần có

Cần bài trước (bảng mol trước–sau), PTHH tạo kết tủa (BaSO4, AgCl…) và cách tính khối lượng mol.

Mở rộng dành cho HSG. YCCĐ Hóa học 8 chỉ yêu cầu tính C% và C_M trực tiếp từ công thức, và pha một dung dịch theo nồng độ cho trước. Khóa này đưa nồng độ vào các tình huống có phản ứng khi trộn, pha loãng, pha trộn hai dung dịch cùng chất, và kết tinh theo độ tan (kể cả tinh thể ngậm nước). Kĩ thuật vượt chuẩn ở bài này là nhận ra kết tủa RÚT KHỎI dung dịch (không góp vào nồng độ của bất kì chất tan nào), trong khi ion còn dư và sản phẩm tan vẫn theo bảng mol như bài trước. Tiền đề là Foundation Course 7 (dung dịch, độ tan, C%, C_M) và Course 1–3 nâng cao (đặt ẩn, kiểm miền, bảo toàn khối lượng); mọi PTHH đều được viết, cân bằng và giải thích trước khi dùng.

**Mở rộng dành cho HSG.** YCCĐ Hóa học 8 chỉ yêu cầu tính C% và C_M trực tiếp từ công thức, và pha một dung dịch theo nồng độ cho trước. Khóa này đưa nồng độ vào các tình huống có phản ứng khi trộn, pha loãng, pha trộn hai dung dịch cùng chất, và kết tinh theo độ tan (kể cả tinh thể ngậm nước). Kĩ thuật vượt chuẩn ở bài này là nhận ra kết tủa RÚT KHỎI dung dịch (không góp vào nồng độ của bất kì chất tan nào), trong khi ion còn dư và sản phẩm tan vẫn theo bảng mol như bài trước. Tiền đề là Foundation Course 7 (dung dịch, độ tan, C%, C_M) và Course 1–3 nâng cao (đặt ẩn, kiểm miền, bảo toàn khối lượng); mọi PTHH đều được viết, cân bằng và giải thích trước khi dùng.

Câu hỏi mở đầu

Trộn dung dịch chứa ion Ba2+ với dung dịch chứa ion SO4^2- thấy xuất hiện kết tủa trắng. Kết tủa đó có tính vào nồng độ dung dịch sau khi trộn không?

Ý tưởng cốt lõi: kết tủa rút khỏi pha dung dịch

Một số cặp ion khi gặp nhau tạo chất không tan, tách ra khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa. Ví dụ kinh điển: $BaCl_2+Na_2SO_4\to BaSO_4\!\downarrow+2NaCl$ . Cách xử lí giống bài trộn có phản ứng: lập bảng mol trước–sau theo PTHH để tìm chất thiếu, chất dư, và sản phẩm. Khác biệt duy nhất là một trong hai sản phẩm (kết tủa) không hòa tan, nên nó KHÔNG được tính vào bất kì nồng độ mol nào của dung dịch còn lại.

Một số cặp ion khi gặp nhau tạo chất không tan, tách ra khỏi dung dịch dưới dạng kết tủa. Ví dụ kinh điển: $BaCl_2+Na_2SO_4\to BaSO_4\!\downarrow+2NaCl$. Cách xử lí giống bài trộn có phản ứng: lập bảng mol trước–sau theo PTHH để tìm chất thiếu, chất dư, và sản phẩm. Khác biệt duy nhất là một trong hai sản phẩm (kết tủa) không hòa tan, nên nó KHÔNG được tính vào bất kì nồng độ mol nào của dung dịch còn lại.

Với $100$ mL $BaCl_2$ $0{,}5$ M trộn $150$ mL $Na_2SO_4$ $0{,}4$ M: $n(BaCl_2)=0{,}05$ mol, $n(Na_2SO_4)=0{,}06$ mol. Tỉ lệ phản ứng 1:1 nên BaCl2 hết trước, tạo đúng 0,05 mol $BaSO_4$ kết tủa và $0{,}10$ mol NaCl tan trong dung dịch, còn $Na_2SO_4$ dư $0{,}01$ mol.

Với $100$ mL $BaCl_2$ $0{,}5$M trộn $150$ mL $Na_2SO_4$ $0{,}4$M: $n(BaCl_2)=0{,}05$ mol, $n(Na_2SO_4)=0{,}06$ mol. Tỉ lệ phản ứng 1:1 nên BaCl2 hết trước, tạo đúng 0,05 mol $BaSO_4$ kết tủa và $0{,}10$ mol NaCl tan trong dung dịch, còn $Na_2SO_4$ dư $0{,}01$ mol.

Chỉ những chất còn tan mới chia cho thể tích dung dịch; kết tủa được tính riêng bằng khối lượng mol.

Trường hợp phản ứng vừa đủ

Khi hai chất phản ứng đúng theo tỉ lệ PTHH mà không dư chất nào (gọi là “vừa đủ”), dung dịch sau khi lọc bỏ kết tủa chỉ còn đúng một chất tan là sản phẩm tan. Đây là trường hợp đơn giản nhất để kiểm tra kĩ năng: nếu học sinh vẫn tính thêm nồng độ “chất dư” trong trường hợp vừa đủ, đó là dấu hiệu chưa hiểu khái niệm chất thiếu.

Cần phân biệt “khối lượng dung dịch sau khi trộn” (trước khi lọc, còn cả kết tủa lơ lửng) với “khối lượng dung dịch sau khi lọc” (đã bỏ kết tủa). Với bài chỉ hỏi nồng độ mol của chất tan, thể tích dung dịch coi như không đổi (bỏ qua thể tích kết tủa nhỏ), nhưng nếu bài hỏi khối lượng dung dịch, phải trừ khối lượng kết tủa ra.

Hai dung dịch cùng phản ứng

Việc lập bảng mol trước–sau không đổi so với bài acid–base. Điểm mới là: sản phẩm kết tủa dùng khối lượng mol để tính RA GAM (không có nồng độ), còn chất dư và sản phẩm tan dùng công thức C_M như bình thường trên thể tích dung dịch sau khi trộn.

Chuẩn Hướng dẫn giải

Trong Hướng dẫn giải, viết PTHH và điều kiện phản ứng trước, rồi tính mol từ dữ kiện đề cho. Với bài trộn có phản ứng, xác định chất phản ứng hết trước khi tính chất dư. Với bài pha loãng, pha trộn hay kết tinh, nêu rõ đại lượng nào được bảo toàn (khối lượng chất tan, hay khối lượng nước) trước khi lập phương trình. Mỗi kết quả trung gian cần thiết cho bước sau được đánh số. Đáp số kết bằng “Vậy …” cùng đơn vị và làm tròn đúng yêu cầu đề.

Trong **Hướng dẫn giải**, viết PTHH và điều kiện phản ứng trước, rồi tính mol từ dữ kiện đề cho. Với bài trộn có phản ứng, xác định chất phản ứng hết trước khi tính chất dư. Với bài pha loãng, pha trộn hay kết tinh, nêu rõ đại lượng nào được bảo toàn (khối lượng chất tan, hay khối lượng nước) trước khi lập phương trình. Mỗi kết quả trung gian cần thiết cho bước sau được đánh số. Đáp số kết bằng “Vậy …” cùng đơn vị và làm tròn đúng yêu cầu đề.

Error-log

Error-log gồm: tính nồng độ mol cho kết tủa như thể nó vẫn tan trong dung dịch; quên nhân hệ số 2 khi PTHH cho ra 2 mol NaCl từ 1 mol BaCl2; cộng cả khối lượng kết tủa vào khối lượng dung dịch sau khi lọc; kết luận “vừa đủ” sai khi hai số mol ban đầu chỉ trùng ngẫu nhiên chứ không đúng tỉ lệ PTHH.

Ví dụ

Ví dụ 1 — BaCl2 và Na2SO4, còn dư một chất

1
Trộn 100 mL dung dịch BaCl2 0,5M với 150 mL dung dịch Na2SO4 0,4M. Tính khối lượng kết tủa và nồng độ mol các chất tan còn lại.
2
Một trong hai sản phẩm là kết tủa, không góp vào nồng độ dung dịch nên phải tách riêng khỏi bảng mol chất tan.
3
Lập bảng mol trước–sau, xác định chất dư, tính kết tủa ra khối lượng còn phần tan ra nồng độ.
4
PTHH: $BaCl_2+Na_2SO_4\to BaSO_4\!\downarrow+2NaCl$ . Ta có $n(BaCl_2)=0{,}1\cdot 0{,}5=0{,}05$ mol và $n(Na_2SO_4)=0{,}15\cdot 0{,}4=0{,}06$ mol. Vì tỉ lệ 1:1 và $n(BaCl_2)<n(Na_2SO_4)$ , BaCl2 phản ứng hết. Suy ra $n(BaSO_4)=0{,}05$ mol (1), $n(NaCl)=2\cdot 0{,}05=0{,}10$ mol (2), $n(Na_2SO_4\,dư)=0{,}06-0{,}05=0{,}01$ mol (3). Từ (1): $m(BaSO_4)=0{,}05\cdot 233=11{,}65$ g. Thể tích dung dịch $V=0{,}1+0{,}15=0{,}25$ L. Từ (2): $C_M(NaCl)=0{,}10/0{,}25=0{,}4$ M. Từ (3): $C_M(Na_2SO_4\,dư)=0{,}01/0{,}25=0{,}04$ M. Vậy thu được 11,65 g kết tủa BaSO4; dung dịch còn lại chứa NaCl 0,4M và Na2SO4 dư 0,04M.
PTHH: $BaCl_2+Na_2SO_4\to BaSO_4\!\downarrow+2NaCl$. Ta có $n(BaCl_2)=0{,}1\cdot 0{,}5=0{,}05$ mol và $n(Na_2SO_4)=0{,}15\cdot 0{,}4=0{,}06$ mol. Vì tỉ lệ 1:1 và $n(BaCl_2)<n(Na_2SO_4)$, BaCl2 phản ứng hết. Suy ra $n(BaSO_4)=0{,}05$ mol (1), $n(NaCl)=2\cdot 0{,}05=0{,}10$ mol (2), $n(Na_2SO_4\,dư)=0{,}06-0{,}05=0{,}01$ mol (3). Từ (1): $m(BaSO_4)=0{,}05\cdot 233=11{,}65$ g. Thể tích dung dịch $V=0{,}1+0{,}15=0{,}25$ L. Từ (2): $C_M(NaCl)=0{,}10/0{,}25=0{,}4$ M. Từ (3): $C_M(Na_2SO_4\,dư)=0{,}01/0{,}25=0{,}04$ M. Vậy thu được 11,65 g kết tủa BaSO4; dung dịch còn lại chứa NaCl 0,4M và Na2SO4 dư 0,04M.
5
Tổng mol Ba trước phản ứng (0,05) bằng đúng mol Ba trong kết tủa BaSO4 (0,05), vì Ba2+ không còn tan sau phản ứng. Đúng bảo toàn nguyên tố.
6
Nếu đổi 150 mL Na2SO4 thành nồng độ 0,3M (n=0,045 mol < 0,05 mol BaCl2), Na2SO4 sẽ hết trước và BaCl2 dư thay vì Na2SO4.

Ví dụ

Ví dụ 2 — AgNO3 và NaCl, phản ứng vừa đủ

1
Trộn 50 mL dung dịch AgNO3 1M với 200 mL dung dịch NaCl 0,25M. Tính khối lượng kết tủa AgCl và nồng độ mol chất tan còn lại.
2
Số mol hai chất bằng nhau và tỉ lệ PTHH là 1:1 nên phản ứng xảy ra vừa đủ, không còn chất dư nào ngoài sản phẩm tan.
3
Kiểm tra tỉ lệ mol trước, xác nhận vừa đủ, rồi tính kết tủa và sản phẩm tan theo đúng hệ số PTHH.
4
PTHH: $AgNO_3+NaCl\to AgCl\!\downarrow+NaNO_3$ . Ta có $n(AgNO_3)=0{,}05\cdot 1=0{,}05$ mol và $n(NaCl)=0{,}2\cdot 0{,}25=0{,}05$ mol. Vì tỉ lệ 1:1 và hai số mol bằng nhau, phản ứng xảy ra vừa đủ: cả hai chất phản ứng hết, không còn dư. Suy ra $n(AgCl)=0{,}05$ mol (1) và $n(NaNO_3)=0{,}05$ mol (2). Từ (1): $m(AgCl)=0{,}05\cdot 143{,}5=7{,}175$ g. Thể tích dung dịch $V=0{,}05+0{,}2=0{,}25$ L. Từ (2): $C_M(NaNO_3)=0{,}05/0{,}25=0{,}2$ M. Vậy thu được 7,175 g kết tủa AgCl; dung dịch sau phản ứng chỉ chứa NaNO3 0,2M, không còn AgNO3 hay NaCl dư.
PTHH: $AgNO_3+NaCl\to AgCl\!\downarrow+NaNO_3$. Ta có $n(AgNO_3)=0{,}05\cdot 1=0{,}05$ mol và $n(NaCl)=0{,}2\cdot 0{,}25=0{,}05$ mol. Vì tỉ lệ 1:1 và hai số mol bằng nhau, phản ứng xảy ra vừa đủ: cả hai chất phản ứng hết, không còn dư. Suy ra $n(AgCl)=0{,}05$ mol (1) và $n(NaNO_3)=0{,}05$ mol (2). Từ (1): $m(AgCl)=0{,}05\cdot 143{,}5=7{,}175$ g. Thể tích dung dịch $V=0{,}05+0{,}2=0{,}25$ L. Từ (2): $C_M(NaNO_3)=0{,}05/0{,}25=0{,}2$ M. Vậy thu được 7,175 g kết tủa AgCl; dung dịch sau phản ứng chỉ chứa NaNO3 0,2M, không còn AgNO3 hay NaCl dư.
5
Không có chất dư nào để tính thêm nồng độ, đúng với “vừa đủ”. Nếu đề bài cho ra một nồng độ dư khác 0 thì lời giải trên đã sai ở bước xác định tỉ lệ.
6
Nếu NaCl chỉ có 150 mL cùng nồng độ (n=0,0375 mol < 0,05 mol AgNO3), AgNO3 sẽ dư 0,0125 mol sau phản ứng.

Luyện tập có hướng dẫn

Tự luyện và challenge checkpoint

Lỗi thường gặp

Tính nồng độ mol cho kết tủa; quên hệ số 2 của NaCl trong PTHH BaCl2+Na2SO4; kết luận còn chất dư trong trường hợp phản ứng vừa đủ.

Chốt bài: Em đã biết tách kết tủa ra khỏi bảng mol chất tan và tính đúng nồng độ phần còn hòa tan sau khi trộn hai dung dịch muối. Chương sau chuyển sang một dạng khác của bài toán nồng độ: pha loãng bằng nước và pha trộn hai dung dịch cùng một chất tan, khi đó không có phản ứng nào xảy ra cả.