CHUYÊN ĐỀ ĐỘ TAN VÀ TINH THỂ HIDRAT HÓA I TOÁN VỀ ĐỘ TAN 1.1 Định nghĩa độ tan Độ tan chất số gam chất tan 100 gam nước để tạo thành dung dịch bão hòa nhiệt độ xác định 1.2 Cơng thức tính S = mct mH ×100 2O Trong đó: S: Độ tan (g) mct: khối lượng chất tan (g) mH2O: khối lượng nước (g) 1.3 Vận dụng Ví dụ : Ở 20oC hòa tan 7,18 gam muối ăn vào 20 gam nước thu dung dịch bão hòa Tính độ tan muối ăn nhiệt độ Giải o Độ tan muối ăn 20 C là: S = mct ×100 = 7,18 100 = 35,9( g ) mH O 20 2 Mối quan hệ độ tan nồng độ phần trăm 2.1 Các cơng thức mct S = ×100 a.Theo định nghĩa : mH O (gam/100g H2O) – dung môi xét H2O b Mối quan hệ S C%: S = hay C% = C% ×100 (C% nồng độ % dung dịch bão hòa) 100 − C% S ×100% (C% nồng độ % dung dịch bão hòa) 100 + S 2.2 Vận dụng Ví dụ : Dung dịch bão hòa NaNO3 10oC có nồng độ 44,44% Tính độ tan dung dịch NaNO3 10oC Giải Độ tan NaNO3 là: S= C% 44, 44 100 = 100 = 80( g ) 100 − C % 100 − 44, 44 Dạng 1: Bài tốn có liên quan đến độ tan Ví dụ 1: Ở 20oC, hòa tan 80 gam KNO3 vào 190 g nước thi dung dịch bão hòa Vậy độ tan KNO3 20oC bao nhiêu? Giải Độ tan KNO3 là: S = mct mH ×100 = 80 = 42,1( g ) 190 2O Ví dụ 2: Độ tan muối CuSO4 25oC 40 gam Tính số gam CuSO4 có 280 gam dung dịch CuSO4 bão hòa nhiệt độ trên? Giải Cách 1: o Ở 25 C : 100g H2O hòa tan 40 gam CuSO4 để tạo thành 140 gam dung dịch CuSO4 bão hòa Vậy x = ? (g) CuSO4 để tạo thành 280 g dung dịch CuSO4 bão hòa  x= 40 × 280 = 80( g ) 140 Cách 2: Nồng độ dung dịch muối CuSO4 là: C% = 40 × 100 = 28,57% 40 + 100 Khối lượng CuSO4 có 280 gam dung dịch CuSO4 là: mct = mdd C% 28,57 = 280 = 80 (g) 100 100 Dạng 2: Bài toán liên quan độ tan chất nồng độ phần trăm dung dịch bão hoà chất Ví dụ 1: Độ tan muối KCl 100 oC 40 gam Nồng độ % dung dịch KCl bão hòa nhiệt độ bao nhiêu? Giải Nồng độ % dung dịch KCl nhiệt độ 100oC là: C% = 40 × 100 = 28,57% 40 + 100 Dạng 3: Bài tốn tính lượng tinh thể ngậm nước cần cho thêm vào dung dịch cho sẵn * Đặc điểm - Tinh thể cần lấy dung dịch cho sẵn có chứa loại chất tan Chú ý: Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng: mdd tạo thành = mtinh thể + mdd ban đầu m chất tan dd tạo thành = mchất tan tinh thể + mchất tan dd ban đầu Ví dụ 1: Để điều chế 560g dung dịch CuSO4 16% cần phải lấy gam dung dịch CuSO4 8% trộn với gam tinh thể CuSO4.5H2O Giải Khối lượng CuSO4 có dung dịch CuSO4 16% là: mCuSO4 = mct = 560.16 = 89,6(g) 100 Đặt m CuSO 5H O = x(g) 1mol (hay 250g) CuSO4.5H2O chứa 160g CuSO4 Vậy 160x 16x = (g) 250 25 x(g) CuSO4.5H2O chứa mdd CuSO4 8% có dung dịch CuSO4 16% là: (560 - x) g (560 − x).8 (560 − x).2 = (g) 100 25 (560 − x).2 16x Ta có phương trình: + = 89,6 25 25 mct CuSO4 (có dd CuSO4 8%) là: Giải phương trình được: x = 80 Vậy cần lấy 80g tinh thể CuSO4.5H2O 480g dd CuSO4 8% để pha chế thành 560g dd CuSO4 16% Cách khác Lưu ý: Lượng CuSO4 coi dd CuSO4 64% (vì 250g CuSO4.5H2O có chứa 160g CuSO4) 160 Vậy C%(CuSO4) = 250 100% = 64% Áp dụng sơ đồ đường chéo: 64% 16% mCuSO4 H 2O = => m = 48 ddCuSO 8% 8% 48 Đặt x số gam CuSO4.5H2O y số gam CuSO4 8% Ta có hệ: x = y x = 80 x + y = 560 y = 480 Vậy cần lấy 80g tinh thể CuSO4.5H2O 480g dd CuSO4 8% để pha chế thành 560g dd CuSO4 16% Ví dụ 2: Tính lượng tinh thể CuSO4.5H2O cần dùng để điều chế 500 ml dung dịch CuSO4 8% (d = 1,1g/ml) Giải Khối lượng dung dịch CuSO4 8% là: mdd = 1,1 x 500 = 550 (g) Khối lượng CuSO4 nguyên chất có dd 8% là: × 550 = 44( g ) 100 Đặt m CuSO2 5H2O = x(g) mct = Vậy 1mol (hay 250g) CuSO4.5H2O chứa 160g CuSO4 x(g) …… chứa 44g CuSO4 => x= 250 × 44 = 68.75 gam 160 Khối lượng tinh thể CuSO4.5H2O cần lấy là: 68,75g II BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH LƯỢNG KẾT TINH Đặc điểm Khi làm lạnh dung dịch bão hòa với chất tan rắn độ tan thường giảm xuống có phần chất rắn khơng tan bị tách gọi phần kết tinh + Nếu chất kết tinh khơng ngậm nước lương nước hai dung dịch bão hòa + Nếu chất rắn kết tinh có ngậm nước lượng nước dung dịch sau dung dịch ban đầu: mH 2O (dd sau) = m H 2O (dd bđ) - mH 2O Cách giải tốn: TH1: Chất kết tinh không ngậm nước B1: Xác định khối lượng chất tan ( mct ) khối lượng nước ( m H2O ) có dung dịch bão hòa nhiệt độ cao B2: Xác định khối lượng chất tan ( mct ) có dung dịch bão hòa nhiệt độ thấp (lượng nước không đổi) m ct = S ×m 100 H2O B3: Xác định lượng chất kết tinh: m KT = m ct (nhiệ t độcao) − m ct (nhiệ t độthấ p) (KT) TH2: Chất kết tinh ngậm nước B1: Xác định khối lượng chất tan ( mct ) khối lượng ( m H2O ) có dung dịch bão hòa nhiệt độ cao B2: Đặt số mol hiđrat bị kết tinh a (mol) ⇒ mct (KT) vaømH2O (KT) B3: Lập phương trình biểu diễn độ tan dung dịch sau (theo ẩn a) S2 = ∆m ct ∆m H 2O ×100 = m ct(t 0cao) − m ct(KT) m H O(t 0cao) − m H 2O(KT) 100 B4: Giải phương trình kết luận Vận dụng: Dạng 1: Bài tốn tính lượng tinh thể tách hay thêm vào không ngậm nước thay đổi nhiệt độ dung dịch bão hoà cho sẵn Cách giải: Bước 1: Xác định khối lượng chất tan (mct), khối lượng nước ( m H2O ) có dung dịch bão t0 cao (ở t0 thấp toán đưa từ dung dịch có t0 thấp lên t0 cao) Bước 2: Xác định khối lượng chất tan (mct) có dd bảo hòa t0 thấp (dạng tốn mct = mct = S ×m khối lượng nước khơng đổi) 100 H2O S × m H 2O 100 Bước 3: Xác định lượng kết tinh m(kt) = mct (ở nhiệt độ cao) - mct (ở nhiệt độ thấp) (Nếu toán đưa ddbh từ t0 cao → thấp) : m(kt thêm) = mct (ở nhiệt độ cao) - mct (ở nhiệt độ thấp) Ví dụ 1: Xác định lượng muối KCl kết tinh làm lạnh 604 gam dung dịch muối KCl bão hòa 800C xuống 100C Biết độ tan KCl 800C 51 gam 100C 34 gam Giải Ở 80 C SKCl = 51 gam Nghĩa 51g KCl hòa tan 100g H2O tạo thành 151g dung dịch KCl bão hòa x(g) KCl hòa tan y(g) H2O tạo thành 604 (g) dung dịch KCl bão hòa ⇒x= 604.51 = 204 g KCl y = 604 - 204 = 400g H2O 151 Ở 200C SKCl = 34 gam Nghĩa 100g H2O hòa tan 34g KCl 400g H2O hòa tan a (g) KCl => a = 400.34 = 136 g 100 Vậy lượng muối KCl kết tinh dung dịch là: mKCl = 204 - 136 = 68 g Ví dụ 2: Ở 120C có 1335g dung dịch CuSO4 bão hồ Đun nóng dung dịch lên đến 900C Hỏi phải thêm vào dung dịch gam CuSO để dung dịch bão hoà nhiệt độ Biết 120C, độ tan CuSO4 33,5 900C 80 Giải Ở 12 C SCuSO4 = 33,5 gam Nghĩa 33,5g CuSO4 hòa tan 100g H2O tạo thành 133,5g dung dịch bão hòa x(g) ………… y(g) ……… 1335g dung dịch bão hòa 1335.33,5 = 335 gam CuSO4 y = 1335 - 335 = 1000g H2O 133,5 Ở 900C SCuSO4 = 80 gam ⇒x = Nghĩa 100g H2O hòa tan 80g CuSO4 1000g H2O ………… A g CuSO4 ⇒ a = 1000.80 = 800 gam 100 Vậy lượng muối CuSO4 cần thêm vào dung dịch là: mCuSO4 = 800 - 335 = 565g Dạng 2: Bài tốn tính khối lượng khối lượng tinh thể tách hay thêm vào có ngậm H2O, thay đổi nhiệt độ dung dịch bão hoà cho sẵn Cách giải: Bước 1: Xác định khối lượng chất tan ( mct ) khối lượng ( m H2O ) có dung dịch bão hòa nhiệt độ cao Bước 2: Đặt số mol hiđrat bị kết tinh a (mol) => mct (KT) mH 2O(KT) Bước 3: Lập phương trình biểu diễn độ tan dung dịch sau (theo ẩn a) m( ct )(t 0cao ) − mct ( KT ) ∆mct S2 = × 100 = × 100 ∆mH 2O mH O (t 0cao ) − mH 2O ( KT ) Bước 4: Giải phương trình kết luận Ví dụ 1: Độ tan CuSO4 850C 120C 87,7g 35,5g Khi làm lạnh 1877 gam dung dịch bão hòa CuSO4 từ 800C → 120C có gam tinh thể CuSO4.5H2O tách khỏi dung dịch Hướng dẫn: Lưu ý chất kết tinh ngậm nước nên lượng nước dung dịch thay đổi Giải Ở 85 C , SCuSO4 = 87,7 gam Nghĩa là: 100g H2O hòa tan 87,7 gam CuSO4 tạo thành 187,7 gam dung dịch bão hòa 1000g H2O 877 gam CuSO4 1877 gam dung dịch bão hòa Gọi x số mol CuSO4.5H2O tách ⇒ khối lượng H2O tách ra: 90x (g) Khối lượng CuSO4 tách : 160x gam Ở 120C, TCuSO = 35,5 Ta có phương trình : 887 − 160x 35,5 = 1000 − 90x 100 giải x = 4,08 mol Khối lượng CuSO4 5H2O kết tinh : 250 × 4,08 =1020 gam Ví dụ 2: Hãy xác đinh tinh thể MgSO4.6H2O tách khỏi dung dịch hạ nhiệt độ 1642 gam dung dịch bão hòa MgSO4 800C xuống 200C Biết độ tan MgSO4 80 oC 64,2 gam 20 oC 44,5 gam Giải Ở 80 C , SMgSO4 = 64,2 gam Nghĩa là:100g H2O hòa tan 64,2 gam MgSO4 tạo thành 164,2 gam dung dịch bão hòa 1000g H2O 642 gam MgSO4 1642 gam dung dịch bão hòa Gọi x số mol MgSO4.6H2O tách ⇒ khối lượng H2O tách ra: 108x (g) Khối lượng MgSO4 tách : 120x (gam) Ở 200C, SMgSO4 = 44,5 gam Ta có phương trình : 642 − 120 x 44,5 = 1000 − 108 x 100 giải x = 2,7386 mol Khối lượng MgSO4 6H2O kết tinh : 228 × 2,7386 = 624,4 gam Kết luận chung: + Nếu chất kết tinh khơng ngậm nước lượng nước hai dung dịch bão hòa + Nếu chất rắn kết tinh có ngậm nước lượng nước dung dịch sau dung dịch ban đầu: mH 2O (dd sau) = m H 2O (dd bñ) - mH 2O (KT) Dạng 3: Xác định cơng thức tinh thể ngậm nước Ví dụ 1: Khi làm nguội dung dịch bão hòa muối sunfat kim loại kiềm ngậm nước có cơng thức M2SO4.nH2O với 7< n < 12 từ nhiệt độ 80 0C xuống nhiệt độ 100C thấy có 395,4 gam tinh thể ngậm nước tách ra.độ tan 80 0C 28,3 gam 10 0C gam Tìm cơng thức phân tử muối ngậm nước Giải Ở 80 C , S = 28,3 gam Nghĩa là:100g H2O hòa tan 28,3 gam chất tan tạo thành 128,3 gam dung dịch bão hòa ←  800g H2O 226,4gam 1026,4 gam dung dịch bão hòa Khi làm nguội dung dịch khối lượng tinh thể tách 395,4 gam tinh thể Phần dung dịch lại có khối lượng: 1026,4 - 395,4 = 631(g) Ở 100CC, S = gam Nghĩa là: 100g H2O hòa tan gam chất tan tạo thành 109 gam dung dịch bão hòa 52,1 gam ←  631 gam Khối lượng muối tinh thể: 226,4 - 52,1 = 174,3(g) Khối lượng nước tinh thể: 395,4 - 174,3 = 221,1(g) Trong tinh thể, tỉ lệ khối lượng nước muối là: 18n 22,1 = M + 96 174,3 M = 7,1 - 48 mà < n < 12 n 10 M 8,8 15,9 23 Với n = 10, M = 23 (Na) Công thức muối ngậm nước là: Na2SO4.10H2O 11 30,1 BÀI TẬP TỰ GIẢI Bài 1: Độ tan muối ăn 20 C 35,9 gam Khối lượng muối ăn 300g dung dịch muối ăn bão hòa 20oC Đáp số: 79.25g Bài 2: Hòa tan 14.36 gam NaCl vào 40 gam H2O 20 oC Thì thu dung dịch bão hòa Độ tan NaCl nhiệt độ bao nhiêu? Đáp số: 35,9g o Bài 3: Độ tan NaCl 2O C 35,9 gam Hỏi có gam NaCl kg dung dịch NaCl bão hòa 20oC Đáp số: 264,16g o Bài 4: Ở 18 C hòa tan 143 gam Na2CO3.10H2O vào 160 gam nước thu dung dịch bão hòa Vậy Độ tan Na2CO3 18oC bao nhiêu? Đáp số: 21,2 g o Bài 5: Ở 50 C, Độ tan KCl 42,6gam Nếu bỏ 120gam KCl vào 250gam nước 50oC khuấy kĩ lượng muối thừa khơng tan hết bao nhiêu? Đáp số: 13,5g o Bài 6: Ở 20 C, Độ tan K2SO4 11,1gam Phải hòa tan gam K 2SO4 vào 80 gam nước để dung dịch bão hòa 20oC? Đáp số: 8,88g o Bài 7: Độ tan muối KNO3 100 C 248 gam Lượng nước tối thiểu để hòa tan 120 gam KNO3 100 oC bao nhiêu? Đáp số: 48,4g Bài 8: Ở 40 C, độ tan K2SO4 15 Hãy tính nồng độ phần trăm dung dịch K2SO4 bão hoà nhiệt độ này? Đáp số: C% = 13,04% Bài 9: Tính độ tan Na2SO4 10 C nồng độ phần trăm dung dịch bão hoà Na2SO4 nhiệt độ Biết 10 0C hoà tan 7,2g Na2SO4 vào 80g H2O dung dịch bão hoà Na2SO4 Đáp số: S = 9g C% = 8,257% Bài 10: Độ tan NaCl nước 90 oC 50 gam Nồng độ phần trăm dung dịch NaCl bào hòa 90oC bao nhiêu? Đáp số: 33,33% Bài 11: Hòa tan 25 gam CuSO4.5H2O vào 295 gam nước Tính nồng độ phần trăm dung dịch? Đáp số: 5% Bài 12: Hòa tan 50 gam CuSO4.5H2O vào 450 gam nước Tính nồng độ phần trăm nồng độ mol dung dịch thu được? Biết Ddd =1g/ml Đáp số: 6,4% 0,4M Bài 13: Hòa tan 24 gam CuSO4.5H2O vào 175 gam nước Tính nồng độ phần trăm nồng độ mol dung dịch thu được? Biết Ddd =1g/ml Đáp số: 8% 0,5M Bải 14: Hòa tan 50 gam CaCl2.6H2O vào 600 ml nước (D = g/ml) Tính nồng độ phần trăm dung dịch? Đáp số: 3,89% o Bài 15: Hòa tan 11,44 gam Na2CO3.10H2O vào 88,56 ml nước (D = g/ml) Tính nồng độ phần trăm dung dịch? Đáp số: 4,24% Bài 16: Hòa tan hết 53 gam Na2CO3 250 gam nước 18 0C dung dịch bão hòa X a Xác định độ tan Na2CO3 nước 180C b Tính nồng độ phần trăm dung dịch X Đáp số: a 21,22 gam b 17,49% Bài 17: Làm lạnh 600g dung dịch bão hòa NaCl từ 90 0C xuống 100C có gam tinh thể NaCl tách Biết độ tan NaCl 90 0C 100C là: 50gam 35 gam Đáp số: 60g Bài 18: Xác định khối lượng KCl kết tinh sau làm nguội 604 g dung dịch bão hòa KCl 800C xuống 200C Biết độ tan KCl 800C 51 g; 200C 34 g Đáp số: 68 g 0 Bài 19: Độ tan NaNO3 100 C 180 g, 20 C 88 g Hỏi có gam NaNO3 kết tinh lại hạ nhiệt độ 84 g dung dịch bão hòa NaNO từ 1000C xuống 200C ? Đáp số: 27.6 g Bài 20: Tính khối lượng NaCl kết tinh hạ nhiệt độ 1800 g dung dịch NaCl 30 % 400C xuống 200C Biết độ tan NaCl 200C 36 g Đáp số: 86.4 g Bài 21: Cho 0.2 mol CuO tan H 2SO4 20 % đun nóng, sau làm nguội dung dịch đến 100C Tính khối lượng tinh thể CuSO4.5H2O tách khỏi dung dịch Biết độ tan CuSO4 100C 17.4 g Đáp số: 30.5943 g Bài 22: Tính khối lượng AgNO3 kết tinh khỏi dung dịch làm lạnh 450 g dung dịch bão hòa AgNO3 800C xuống 200C Biết độ tan AgNO3 800C 668 g, 200C 222 g? Đáp số: 261.3 g Bài 23: Có 600 g dung dịch bão hòa KClO 20 C, nồng độ 6.5 % Cho bay H2O, sau giữ hỗn hợp 200C ta hỗn hợp có khối lượng 413 g a Tính khối lượng chất rắn kết tinh? (ĐS: 13 g) b Tính khối lượng H2O khối lượng KClO3 dd? (ĐS: 26 g) Bài 24: Độ tan Na2CO3 200C bao nhiêu? Biết nhiệt độ hòa tan hết 143 g Na2CO3.10 H2O vào 160 g H2O thu dung dịch bão hòa Đáp số: 21.2 g Bài 25: Xác định lượng AgNO3 tách làm lạnh 2500g dd AgNO bão hòa 600C xuống 100C Cho độ tan AgNO3 600C 525g 100C 170g Đáp số:1420g Bài 26: Xác định lượng kết tinh MgSO4.6H2O làm lạnh 1642g dung dịch bão hòa từ 800C xuống 200C Biết độ tan MgSO4 l 64,2 g (800C) 44,5g (200C) Đáp số: 624,4g Bài 27 : a Trong tinh thể hidrat muối sunfat kim loại hóa trị II Thành phần nước kết tinh chiếm 45,324% Xác định cơng thức tinnh thể biết tinh thể có chứa 11,51% S b Ở 100C độ tan FeSO4 20,5 gam 200C 48,6 gam Hỏi gam tinh thể FeSO4.7H2O tách hạ nhiệt độ 200 gam dung dịch FeSO4 bão hòa 500C xuống 100C Đáp số: a/ FeSO4.7H2O b/ 83,4 gam 0 Bài 28: Biết độ tan MgSO4 20 C 35,5; 50 C 50,4 Có 400 gam dung dịch MgSO4 bão hòa 200C, đun nóng dung dịch đến 500C khối lượng muối MgSO4 cần hòa tan thêm để tạo dung dịch bão hòa 500C gam? Đáp số: 43,985 gam Bài 29: Cho m gam M2CO3.10H2O tác dụng vừa đủ với dung dịch BaCl2 5% thu kết tủa B dung dịch X chứa chất tan Nồng độ chất tan dung dịch X 2,7536% Tìm cơng thức M2CO3.10H2O Đáp số: Na2CO3.10H2O Bài 30: Trong tinh thể hidrat muối Nitrat kim loại hóa trị III Thành phần nước kết tinh chiếm 40,099% khối lượng Xác định công thức tinh thể biết tinh thể có chứa 10,396% N khối lượng Đáp số: Fe(NO3)3.9H2O Bài 31: Nung 8,08 gam muối A, thu sản phẩm khí 1,6 gam hợp chất rắn khơng tan nước Nếu sản phẩm khí qua 200 gam dung dịch NaOH 1,2% điều kiện xác định tác dụng vừa đủ, thu dung dịch gồm muối có nồng độ 2,47% Viết cơng thức hóa học muối A Biết nung số oxi hóa kim loại khơng thay đổi Đáp số: Fe(NO3)3.9H2O Bài 32: Hòa tan hồn tồn 3,2 gam oxit M2Om dung dịch H2SO4 10% (vừa đủ) thu dung dịch muối có nồng độ 12,9% Sau phản ứng đem bớt dung dịch làm lạnh thu 7,868 gam tinh thể muối với hiệu suất 70% Xác định cơng thức tinh thể muối Đáp số: Fe2(SO4)3.9H2O Bài 33: E oxit kim loại M, oxi chiếm 20% khối lượng Cho dòng khí CO (thiếu) qua ống sứ chứa x gam chất E đốt nóng Sau phản ứng khối lượng chất rắn lại ống sứ y gam Hòa tan hết y gam vào dung dịch HNO3 loãng dư thu dung dịch F khí NO bay Cô cạn dung dịch F thu 3,7x gam muối G Giả thiết hiệu suất phản ứng 100% Xác định cơng thức E, G Tính thể tích khí NO (đktc) theo x, y Đáp số: Cu(NO3)2.6H2O 10 ... 44,44% Tính độ tan dung dịch NaNO3 10oC Giải Độ tan NaNO3 là: S= C% 44, 44 100 = 100 = 80( g ) 100 − C % 100 − 44, 44 Dạng 1: Bài tốn có liên quan đến độ tan Ví dụ 1: Ở 20oC, hòa tan 80 gam KNO3... cho sẵn có chứa loại chất tan Chú ý: Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng: mdd tạo thành = mtinh thể + mdd ban đầu m chất tan dd tạo thành = mchất tan tinh thể + mchất tan dd ban đầu Ví dụ 1:... 5: Ở 50 C, Độ tan KCl 42,6gam Nếu bỏ 120gam KCl vào 250gam nước 50oC khuấy kĩ lượng muối thừa không tan hết bao nhiêu? Đáp số: 13,5g o Bài 6: Ở 20 C, Độ tan K2SO4 11,1gam Phải hòa tan gam K 2SO4