Phần

Trộn dung dịch tạo kết tủa và sinh acid: H₂SO₄ và BaCl₂

Em sẽ làm được gì?

Giải bài toán trộn hai dung dịch mà phản ứng vừa tạo kết tủa vừa sinh ra một acid mới, xác định đúng chất dư và tính đầy đủ thành phần dung dịch sau phản ứng (bao gồm CẢ acid mới sinh LẪN acid dư ban đầu, nếu có).

Cần nhớ trước

$BaCl_2$ tan tốt trong nước; $BaSO_4$ là muối không tan (bảng tính tan Hóa 9). Kỹ thuật so sánh tỉ lệ mol để tìm chất dư đã học ở bài trước.

$BaCl_2$ tan tốt trong nước; $BaSO_4$ là muối **không tan** (bảng tính tan Hóa 9). Kỹ thuật so sánh tỉ lệ mol để tìm chất dư đã học ở bài trước.

Nhỏ dung dịch $H_2SO_4$ vào dung dịch $BaCl_2$ , ta thấy xuất hiện ngay kết tủa trắng. Nhưng khác với phản ứng $HCl+NaOH$ , ở đây phản ứng KHÔNG chỉ tạo một muối tan — nó còn sinh ra một acid mới. Nếu chỉ nhìn kết tủa mà quên mất acid mới sinh, em sẽ tính thiếu một nửa bài toán.

Nhỏ dung dịch $H_2SO_4$ vào dung dịch $BaCl_2$, ta thấy xuất hiện ngay kết tủa trắng. Nhưng khác với phản ứng $HCl+NaOH$, ở đây phản ứng KHÔNG chỉ tạo một muối tan — nó còn sinh ra một acid mới. Nếu chỉ nhìn kết tủa mà quên mất acid mới sinh, em sẽ tính thiếu một nửa bài toán.

Phương trình và bản chất phản ứng

Phản ứng: $H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$ Đây là phản ứng trao đổi: ion $Ba^{2+}$ kết hợp với $SO_4^{2-}$ tạo kết tủa $BaSO_4$ ; còn $H^+$ và $Cl^-$ vẫn ở lại trong dung dịch dưới dạng $HCl$ — một acid mới, không phải chất ban đầu. Tỉ lệ mol phản ứng là 1:1.

Phản ứng: $$H_2SO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$$ Đây là phản ứng trao đổi: ion $Ba^{2+}$ kết hợp với $SO_4^{2-}$ tạo kết tủa $BaSO_4$; còn $H^+$ và $Cl^-$ vẫn ở lại trong dung dịch dưới dạng $HCl$ — một acid **mới**, không phải chất ban đầu. Tỉ lệ mol phản ứng là **1:1**.

Điểm khác biệt cốt lõi với bài trước: ở bài $HCl+NaOH$ , dung dịch sau phản ứng chỉ có MỘT loại chất tan (muối hoặc chất dư). Ở đây, nếu $H_2SO_4$ dư, dung dịch sau phản ứng chứa hai loại acid cùng lúc: $HCl$ mới sinh và $H_2SO_4$ dư — phải cộng gộp đúng, không được nhầm là chỉ có một loại.

**Điểm khác biệt cốt lõi với bài trước:** ở bài $HCl+NaOH$, dung dịch sau phản ứng chỉ có MỘT loại chất tan (muối hoặc chất dư). Ở đây, nếu $H_2SO_4$ dư, dung dịch sau phản ứng chứa **hai loại acid cùng lúc**: $HCl$ mới sinh **và** $H_2SO_4$ dư — phải cộng gộp đúng, không được nhầm là chỉ có một loại.

BaSO4 luôn tách ra; các chất còn lại (HCl mới sinh, phần dư nếu có) đều tan trong dung dịch.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Tính khối lượng kết tủa và nồng độ acid sau phản ứng

1
Trộn 100 ml dung dịch $H_2SO_4$ 1M với 200 ml dung dịch $BaCl_2$ 0,4M. Tính khối lượng kết tủa và nồng độ các chất tan sau phản ứng.
Trộn 100 ml dung dịch $H_2SO_4$ 1M với 200 ml dung dịch $BaCl_2$ 0,4M. Tính khối lượng kết tủa và nồng độ các chất tan sau phản ứng.
2
$n(H_2SO_4) = 0{,}1$ mol. $n(BaCl_2) = 0{,}2 \times 0{,}4 = 0{,}08$ mol.
$n(H_2SO_4) = 0,1$ mol. $n(BaCl_2) = 0,2 \times 0,4 = 0,08$ mol.
3
Tỉ lệ 1:1, $BaCl_2$ (0,08 mol) nhỏ hơn nên hết trước; $H_2SO_4$ dư $0{,}1 - 0{,}08 = 0{,}02$ mol.
Tỉ lệ 1:1, $BaCl_2$ (0,08 mol) nhỏ hơn nên hết trước; $H_2SO_4$ dư $0,1 - 0,08 = 0,02$ mol.
4
$n(BaSO_4) = n(BaCl_2\,phản\,ứng) = 0{,}08$ mol $\Rightarrow m = 0{,}08 \times 233 = 18{,}64$ g.
$n(BaSO_4) = n(BaCl_2\,phản\,ứng) = 0,08$ mol $\Rightarrow m = 0,08 \times 233 = 18,64$ g.
5
$HCl$ mới sinh $= 2 \times 0{,}08 = 0{,}16$ mol; $H_2SO_4$ dư $= 0{,}02$ mol. $V_{tổng} = 300$ ml. $C(HCl) = 0{,}16/0{,}3 \approx 0{,}533M$ ; $C(H_2SO_4\,dư) = 0{,}02/0{,}3 \approx 0{,}067M$ .
$HCl$ mới sinh $= 2 \times 0,08 = 0,16$ mol; $H_2SO_4$ dư $= 0,02$ mol. $V_{tổng} = 300$ ml. $C(HCl) = 0,16/0,3 \approx 0,533M$; $C(H_2SO_4\,dư) = 0,02/0,3 \approx 0,067M$.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Suy ngược: từ khối lượng kết tủa tìm thể tích

1
Cho $V$ ml dung dịch $BaCl_2$ 1M vào 200 ml dung dịch $H_2SO_4$ 0,5M, thu được 11,65 g kết tủa. Tính $V$ .
Cho $V$ ml dung dịch $BaCl_2$ 1M vào 200 ml dung dịch $H_2SO_4$ 0,5M, thu được 11,65 g kết tủa. Tính $V$.
2
$n(H_2SO_4) = 0{,}1$ mol. $n(BaSO_4) = 11{,}65 / 233 = 0{,}05$ mol.
$n(H_2SO_4) = 0,1$ mol. $n(BaSO_4) = 11,65 / 233 = 0,05$ mol.
3
Vì $n(BaSO_4) = 0{,}05 < n(H_2SO_4) = 0{,}1$ , kết tủa không thể sinh ra từ toàn bộ $H_2SO_4$ — chứng tỏ $BaCl_2$ mới là chất phản ứng HẾT (kết tủa luôn bằng số mol của chất hết trước, vì tỉ lệ 1:1).
Vì $n(BaSO_4) = 0,05 < n(H_2SO_4) = 0,1$, kết tủa không thể sinh ra từ toàn bộ $H_2SO_4$ — chứng tỏ $BaCl_2$ mới là chất phản ứng HẾT (kết tủa luôn bằng số mol của chất hết trước, vì tỉ lệ 1:1).
4
$n(BaCl_2) = n(BaSO_4) = 0{,}05$ mol $\Rightarrow V = 0{,}05 / 1 = 0{,}05$ lít $= 50$ ml.
$n(BaCl_2) = n(BaSO_4) = 0,05$ mol $\Rightarrow V = 0,05 / 1 = 0,05$ lít $= 50$ ml.
5
Khi đề chỉ cho khối lượng kết tủa (không cho thể tích/nồng độ của một dung dịch), phải suy ngược: kết tủa luôn bằng số mol của chất phản ứng hết — so sánh với chất còn lại để xác định chất nào đã hết trước khi tính tiếp.

Ví dụ

Ví dụ 3 — Tổng quát hóa: biện luận theo hai trường hợp

1
Trộn $a$ mol $H_2SO_4$ với $b$ mol $BaCl_2$ ( $a \neq b$ ). Lập biểu thức tổng quát cho khối lượng kết tủa và cho biết dung dịch sau phản ứng chứa những chất tan nào.
Trộn $a$ mol $H_2SO_4$ với $b$ mol $BaCl_2$ ($a \neq b$). Lập biểu thức tổng quát cho khối lượng kết tủa và cho biết dung dịch sau phản ứng chứa những chất tan nào.
2
$n(BaSO_4) = b$ mol $\Rightarrow m = 233b$ gam. Dung dịch chứa: $HCl$ mới sinh $2b$ mol và $H_2SO_4$ dư $(a-b)$ mol — hai loại acid cùng tồn tại.
$n(BaSO_4) = b$ mol $\Rightarrow m = 233b$ gam. Dung dịch chứa: $HCl$ mới sinh $2b$ mol và $H_2SO_4$ dư $(a-b)$ mol — **hai loại acid cùng tồn tại**.
3
$n(BaSO_4) = a$ mol $\Rightarrow m = 233a$ gam. Dung dịch chứa: $HCl$ mới sinh $2a$ mol và $BaCl_2$ dư $(b-a)$ mol.
$n(BaSO_4) = a$ mol $\Rightarrow m = 233a$ gam. Dung dịch chứa: $HCl$ mới sinh $2a$ mol và $BaCl_2$ dư $(b-a)$ mol.
4
Phản ứng vừa đủ, kết tủa cực đại $= 233a$ gam; dung dịch chỉ còn $HCl$ tinh khiết $2a$ mol, không còn $H_2SO_4$ hay $BaCl_2$ dư.
Phản ứng vừa đủ, kết tủa cực đại $= 233a$ gam; dung dịch chỉ còn $HCl$ tinh khiết $2a$ mol, không còn $H_2SO_4$ hay $BaCl_2$ dư.
5
Đề HSG thường không nói rõ chất nào dư — việc tự lập cả hai trường hợp rồi chọn trường hợp khớp với dữ kiện khác (ví dụ dung dịch sau phản ứng có làm quỳ tím đổi màu do dư $H_2SO_4$ hay không) là kỹ năng bắt buộc.
Đề HSG thường không nói rõ chất nào dư — việc tự lập cả hai trường hợp rồi chọn trường hợp khớp với dữ kiện khác (ví dụ dung dịch sau phản ứng có làm quỳ tím đổi màu do dư $H_2SO_4$ hay không) là kỹ năng bắt buộc.

Ví dụ

Ví dụ 4 — Tổng quát hóa: đổi muối ban đầu, kết tủa có đổi không?

1
Thay $BaCl_2$ bằng $Ba(NO_3)_2$ (cùng 0,08 mol) rồi trộn với 0,1 mol $H_2SO_4$ như Ví dụ 1. Khối lượng kết tủa có thay đổi không? Dung dịch sau phản ứng khác gì so với trước?
Thay $BaCl_2$ bằng $Ba(NO_3)_2$ (cùng 0,08 mol) rồi trộn với 0,1 mol $H_2SO_4$ như Ví dụ 1. Khối lượng kết tủa có thay đổi không? Dung dịch sau phản ứng khác gì so với trước?
2
$Ba(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HNO_3$ Vẫn tỉ lệ 1:1 như với $BaCl_2$ .
$$Ba(NO_3)_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HNO_3$$ Vẫn tỉ lệ 1:1 như với $BaCl_2$.
3
Kết tủa chỉ phụ thuộc số mol ion $Ba^{2+}$ đã phản ứng, KHÔNG phụ thuộc anion đi kèm ( $Cl^-$ hay $NO_3^-$ ) — vẫn $n(BaSO_4) = 0{,}08$ mol, $m = 18{,}64$ g, y hệt Ví dụ 1.
Kết tủa chỉ phụ thuộc số mol ion $Ba^{2+}$ đã phản ứng, KHÔNG phụ thuộc anion đi kèm ($Cl^-$ hay $NO_3^-$) — vẫn $n(BaSO_4) = 0,08$ mol, $m = 18,64$ g, y hệt Ví dụ 1.
4
Acid mới sinh ra bây giờ là $HNO_3$ (không phải $HCl$ ): $n(HNO_3) = 2 \times 0{,}08 = 0{,}16$ mol, cùng $H_2SO_4$ dư $0{,}02$ mol như cũ.
Acid mới sinh ra bây giờ là $HNO_3$ (không phải $HCl$): $n(HNO_3) = 2 \times 0,08 = 0,16$ mol, cùng $H_2SO_4$ dư $0,02$ mol như cũ.
5
Khối lượng kết tủa trong phản ứng trao đổi chỉ phụ thuộc CẶP ION tạo ra chất không tan — đổi "người bạn đồng hành" (anion còn lại) không ảnh hưởng đến kết tủa, chỉ ảnh hưởng đến DANH TÍNH của acid/muối còn lại trong dung dịch.

Bẫy thường gặp

Bẫy thường gặp: coi $HCl$ sinh ra là "chất dư" — sai, đó là SẢN PHẨM mới, luôn có mặt dù $BaCl_2$ hết hay dư. Khi $BaCl_2$ dư, dung dịch sau phản ứng là hỗn hợp $BaCl_2$ dư và $HCl$ mới sinh — không phải $BaCl_2$ tinh khiết.

**Bẫy thường gặp:** coi $HCl$ sinh ra là "chất dư" — sai, đó là SẢN PHẨM mới, luôn có mặt dù $BaCl_2$ hết hay dư. Khi $BaCl_2$ dư, dung dịch sau phản ứng là hỗn hợp $BaCl_2$ dư **và** $HCl$ mới sinh — không phải $BaCl_2$ tinh khiết.

Mẹo kiểm tra nhanh

Mẹo kiểm tra nhanh bằng bảo toàn khối lượng: khối lượng dung dịch SAU phản ứng luôn bằng tổng khối lượng hai dung dịch ban đầu TRỪ ĐI khối lượng kết tủa tách ra (không có khí thoát ra trong phản ứng này nên không mất khối lượng theo đường khác). Ở Ví dụ 1: nếu biết khối lượng riêng của hai dung dịch ban đầu, em có thể kiểm chứng lại đáp số bằng cách cộng — trừ khối lượng thay vì chỉ tin vào phép tính mol. Đây là một cách tự kiểm tra chéo hữu ích khi làm bài thi, đặc biệt với những bài có nhiều bước tính toán liên tiếp dễ sai sót số học.

**Mẹo kiểm tra nhanh bằng bảo toàn khối lượng:** khối lượng dung dịch SAU phản ứng luôn bằng tổng khối lượng hai dung dịch ban đầu TRỪ ĐI khối lượng kết tủa tách ra (không có khí thoát ra trong phản ứng này nên không mất khối lượng theo đường khác). Ở Ví dụ 1: nếu biết khối lượng riêng của hai dung dịch ban đầu, em có thể kiểm chứng lại đáp số bằng cách cộng — trừ khối lượng thay vì chỉ tin vào phép tính mol. Đây là một cách tự kiểm tra chéo hữu ích khi làm bài thi, đặc biệt với những bài có nhiều bước tính toán liên tiếp dễ sai sót số học.

Tóm tắt: khi phản ứng vừa tạo kết tủa vừa sinh acid/muối mới, luôn kiểm tra ĐẦY ĐỦ thành phần dung dịch sau phản ứng: sản phẩm mới sinh CỘNG với phần dư (nếu có) của một trong hai chất ban đầu. Khi chỉ biết khối lượng kết tủa, hãy so nó với số mol của cả hai chất để suy ra chất nào đã hết.

Bài này mới xét MỘT cặp ion tạo kết tủa. Bài tiếp theo mở rộng: làm sao biết CẶP ION NÀO tạo kết tủa, cặp nào không — công cụ là bảng tính tan.