Bài ñăng trên “Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng”, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 1/4 - Bài toán v Bài toán vBài toán v Bài toán về ềề ề mu mumu muố ốố ối ng i ngi ng i ngậ ậậ ậm nư m nưm nư m nướ ớớ ớc cc c Lê Phạm Thành Giáo viên truongtructuyen.vn Bài tập toán về muối và hỗn hợp muối là một dạng bài tập khá cơ bản và thông dụng trong chương trình hóa học phổ thông. Tuy nhiên ở nước ta các bài tập dạng này mới chỉ tập trung vào các muối khan, còn các bài tập về muối kết tinh ngậm nước thì có rất ít và chưa phong phú. Chính vì vậy nó dẫn ñến việc học sinh khi làm các bài tập về muối cảm thấy khá nhàm chán, ñơn ñiệu. Mặt khác ñiều này cũng khiến cho học sinh trở nên thụ ñộng trong tư duy, khi gặp một bài tập về muối là chỉ nghĩ ñến các muối khan! Vì vậy khi gặp những bài có liên quan ñến muối ngậm nước ña phần các em trở nên khá lúng túng! Chúng ta cùng xét ví dụ sau: Ví dụ 1: Có 16,0 gam oxit kim loại MO, chia thành 2 phần bằng nhau.  Hòa tan hoàn toàn phần 1 trong HCl dư, xử lý dung dịch thu ñược ở những ñiều kiện thích hợp thu ñược 17,1 gam một muối X duy nhất.  Cho phần 2 tác dụng với dung dịch H 2 SO 4 loãng dư, xử lý dung dịch sau phản ứng ở nhiệt ñộ dưới 111 o C chỉ thu ñược 25,0 gam một muối Y duy nhất. Xác ñịnh M và công thức hai muối X, Y; biết rằng M X < 180 g.mol -1 , M Y < 260 g.mol -1 . Giải: Theo bài ra ta có sơ ñồ: MO dd1 dd2 HCl d− H 2 SO 4 lo·ng, d− muèi X muèi Y 16 gam 25,0 gam 17,1 gam chia hai Thông thường học sinh sẽ cho rằng muối X là MCl 2 , và muối Y là MSO 4 . Khi ñó dựa vào dữ kiện: MO 8 gam 25,0 gam 17,1 gam MO 8 gam ∆m 1 = 9,1 ∆m 2 = 17,0 MCl 2 MSO 4 ∆ M 1 = 71 - 16 = 55 ∆M 2 = 96 - 16 = 80 Với n là số mol của 8 gam MO, ta có: )lý vô( 80 0,17 55 9,1 n ≠= . ðến ñây ña phần học sinh sẽ lúng túng, không biết phải giải như thế nào !!! ðó là do các em ñã quên rằng các muối X, Y hoàn toàn có thể ở dạng muối ngậm nước: MCl 2 .aH 2 O và MSO 4 .bH 2 O. Lúc này ta có: 18b 80 17,0 18a 55 9,1 n + = + = ⇒ 91b – 170a = 115 (*) Mà: M X < 180 ⇒ a < 6,05. M Y < 260 ⇒ b < 9,11. Trong (*) nhận thấy a, b phải là số nguyên, và b chia hết cho 5 ⇒ b = 5; a = 2; n = 0,1. Từ ñó suy ra M = 64 (Cu). Vậy công thức các muối: X là CuCl 2 .2H 2 O Y là CuSO 4 .5H 2 O. Từ ví dụ trên chúng ta có thể thấy : nếu các em không chịu tư duy mà chỉ làm theo lối mòn thì sẽ rất lúng túng và sẽ không thể tìm ra ñược ñáp số ! Nhằm góp phần làm phong phú hơn nữa các dạng bài tập hóa học trong chương trình phổ thông và phát huy tính tích cực suy nghĩ của học sinh, trong bài viết này chúng tôi xin ñề cập ñến một dạng khác của bài tập về muối, ñó là “Bài toán về muối ngậm nước”. Theo tôi, có thể chia các bài tập này thành 3 dạng sau: Dạng 1: Muối ngậm nước mà kim loại trong muối không thay ñổi số oxi hoá Ví dụ 2: Hòa tan hoàn toàn 4,8 gam kim loại M vào dung dịch axit HNO 3 , thu ñược dung dịch A. Chia A thành 2 phần bằng nhau.  Xử lý phần 1 ở ñiều kiện thích hợp thu ñược 25,6 gam một muối X duy nhất.  Cho phần 2 tác dụng với NaOH dư ñược kết tủa B. Nung B ñến khối lượng không ñổi thu ñược 4,0 gam chất rắn. Xác ñịnh kim loại M và muối X, biết M chỉ có một hóa trị duy nhất. Bài ñăng trên “Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng”, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 2/4 - Giải: Nếu giả thiết muối là khan thì: M M(NO 3 ) n 25,6 gam R¾n (M 2 O n ) 4,0 gam xö lý OH - d− t o 2,4 gam ch©n ko M 2,4 gam M(OH) n Với x là số mol của 2,4 gam M, áp dụng ñịnh luật tăng giảm khối lượng, ta có: (mol) n 0,187 62.n 2,425,6 x = − = Mà: (mol) n 0,1 16.n 2,44,0 x = − = (vô lý!!!) ⇒ Muối không phải là muối khan mà phải ở dạng ngậm nước: M(NO 3 ) n .aH 2 O.          = = = ⇒      = = = ⇒        = =+ =++ ⇒ x 2,4 M n 0,2 x 3na 0,6ax 0,2nx 2,4Mx 2,4Mx 0,4 2 x 16n). (2M 25,6 18a)x 62n (M n 1 2 3 a 3 6 9 x 0,2 0,1 3 2,0 M 12 (loại) 24 (Mg) 36 (loại) ⇒ muối X là : Mg(NO 3 ) 2 .6H 2 O. Dạng 2: Muối ngậm nước mà có sự thay ñổi số oxi hoá của kim loại trong muối Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn a gam kim loại M trong dung dịch HCl dư, thu ñược dung dịch A và 3,28 lít khí B (ño ở 27 o C, 1,5atm). Chia A thành 2 phần bằng nhau.  Cho phần thứ nhất tác dụng hoàn toàn với dung dịch KOH dư, thu ñược kết tủa C. Nung C trong không khí ở nhiệt ñộ cao tới khối lượng không ñổi, thu ñược (b + 2,4) gam chất rắn D. Hòa tan D trong H 2 SO 4 dư ñược dung dịch E. Xử lý dung dịch E ở ñiều kiện thích hợp thu ñược 28,1 gam một muối X duy nhất.  Xử lý phần thứ hai chỉ thu ñược một muối Y duy nhất với khối lượng 19,9 gam. Xác ñịnh công thức của X, Y. Biết a = 2b. Giải: Sơ ñồ biến ñổi: M dd B ↓C D dd E X 1,64 lit A (27 o C, 1,5atm) Y 19,9 gam HCl d− a gam (b+2,4) gam 28,1 gam H 2 SO 4 Chia 2 OH - t o Theo bài ra: 2 H 3,28 1,5 n 0,2 (mol) 0,082 300 × = = × ∑ Vậy: M ↓C M 2 O m 0,1 mol H 2 HCl d− b gam (b+2,4) gam OH - t o M b gam HCl d− MCl n (*) (**) Gọi x là số mol của b gam M. Áp dụng ñịnh luật bảo toàn e với quá trình (*), ta có: Tổng số mol e nhường: n.x (mol) Tổng số mol e nhận: 0,1.2 = 0,2 (mol) ⇒ nx = 0,2 (1) Cũng áp dụng ñịnh luật bảo toàn e với (**), ta có: Tổng số mol e nhường = mx (mol) Tổng số mol e nhận = (mol) 0,32 16 2,4 =× ⇒ mx = 0,3 (2) Từ (1) và (2) ⇒ m : n = 3 : 2 Hay: m = 3; n = 2; x = 0,1. Suy ra: n X = 0,05 (mol); n Y = 0,1 (mol) ⇒ M X = 562 05,0 1,28 = ; M Y = 199 1,0 9,19 = N ế u X là M 2 (SO 4 ) 3 ; Y là MCl 2 thì: M X = 2M + 96.3 = 562 ⇒ M = 137 M Y = M + 35,5.2 = 199 ⇒ M = 128 (vô lý!) V ậ y X ph ả i có d ạ ng: M 2 (SO 4 ) 3 . α H 2 O ⇒ 2M + 96.3 + 18 α = 562 ⇒ 2M + 18 α = 274 Y ph ả i có d ạ ng: MCl 2 . β H 2 O ⇒ M + 35,5.2 + 18 β = 199 ⇒ M + 18 β = 128 T ừ ñ ó ta có: α = 2 β + 1. M ặ t khác: 15,22 18 274 α =< ; 7,11 18 128 β =< L ậ p b ả ng: β 1 2 3 4 5 6 α 3 5 7 9 11 13 M 110 (lo ạ i) 92 (lo ạ i) 74 (lo ạ i) 56 (Fe) 38 (lo ạ i) 20 (lo ạ i) Bài ñăng trên “Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng”, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 3/4 - V ậ y: α = 9; β = 4; M là Fe. X là Fe 2 (SO 4 ) 3 .9H 2 O; Y là FeCl 2 .4H 2 O. Dạng 3: Muối kép ngậm nước Ví dụ 4: ðể xác ñị nh công th ứ c c ủ a mu ố i kép A ng ườ i ta ti ế n hành các thí nghi ệ m sau:  L ấ y 9,64 gam mu ố i A hòa tan vào n ướ c, sau ñ ó cho tác d ụ ng v ớ i BaCl 2 d ư , thu ñượ c 9,32 gam k ế t t ủ a b ề n c ủ a m ộ t ch ấ t B duy nh ấ t, không tan trong HNO 3 .  L ấ y 9,64 gam mu ố i A hòa tan vào n ướ c, sau ñ ó cho tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch Ba(OH) 2 d ư (có ñ un nh ẹ ) ñượ c k ế t t ủ a C và khí D có kh ả n ă ng làm xanh qu ỳ ẩ m. Nung k ế t t ủ a C trong không khí ñế n kh ố i l ượ ng không ñổ i thu ñượ c 10,92 gam ch ấ t r ắ n E. Cho t ấ t c ả khí D h ấ p th ụ vào 200 ml dung d ị ch H 2 SO 4 0,1M. ðể trung hòa l ượ ng axit d ư c ầ n dung 200 ml dung d ị ch NaOH 0,1M. Xác ñị nh công th ứ c mu ố i A, bi ế t kim lo ạ i trong A không b ị thay ñổ i s ố oxi hoá trong các ph ả n ứ ng trên. Gi ả i: Theo bài ra ta có k ế t t ủ a B là BaSO 4 . ⇒ (mol) 0,04 233 9,32 n 2 4 SO == ∑ − Khí D là NH 3 . Mà øng nph¶ NH d− H 3 n (mol) 0,02 0,1 0,2n = = × = + ⇒ Trong 9,64 gam mu ố i A có 0,02 mol ion + 4 NH . G ọ i kim lo ạ i trong A là R. Ch ấ t r ắ n E bao g ồ m BaSO 4 và oxit R x O y . (mol) 0,04nm BBaSO 4 = = ⇒ (gam) 1,609,3210,92m yx OR = − = N ế u mu ố i A là mu ố i khan thì trong 9,64 gam A có: m R = 9,64 – (96.0,04 + 18.0,02) = 5,44 (gam) ð i ề u này là vô lý, vì gam. 1,60m yx OR = V ậ y A ph ả i là mu ố i ng ậ m n ướ c! G ọ i A là: p(NH 4 ) 2 SO 4 .qR x (SO 4 ) y . α H 2 O, n là s ố mol c ủ a 9,64 gam A, ta có: 2pn = 0,02 ⇒ pn = 0,01 (p + qy)n = 0,04 ⇒ qyn = 0,03 Và: (qRx + 18 α )n = 5,44 (gam) M ặ t khác: qn(Rx + 16y) = 1,60 ⇒ qnRx = 1,12 (gam) ⇒       ×= x y R 3 112 L ậ p b ả ng: x 2 1 2 1 y 1 1 3 2 R 18,67 (lo ạ i) 37,33 (lo ạ i) 56 (Fe) 74,67 (lo ạ i) V ậ y R là Fe, x = 2, y = 3, q = p. Ch ọ n p = q = 1 ⇒ n = 0,01 thì mu ố i A có d ạ ng: (NH 4 ) 2 SO 4 .Fe 2 (SO 4 ) 3 . α H 2 O .24964 01,0 64,9 =⇒== α A M ⇒ Mu ố i A là: (NH 4 ) 2 SO 4 .Fe 2 (SO 4 ) 3 .24H 2 O Nhận xét: Qua nh ữ ng ví d ụ ñ ã xét ở trên chúng ta th ấ y nhìn chung các bài toán này ñề u quy v ề vi ệ c gi ả thi ế t mu ố i là khan ⇒ ñ i ề u vô lý ⇒ mu ố i ph ả i t ồ n t ạ i ở d ạ ng ng ậ m n ướ c! Các bài t ậ p có th ể ở d ạ ng ñơ n gi ả n (d ạ ng 1) hay ph ứ c t ạ p (d ạ ng 2 và 3). ð i ề u c ầ n chú ý là khi gi ả i toán bao gi ờ chúng ta c ũ ng ph ả i xét hai tr ườ ng h ợ p: m ộ t là, kim lo ạ i trong mu ố i không có s ự thay ñổ i s ố oxi hoá; và hai là có s ự thay ñổ i s ố oxi hoá c ủ a kim lo ạ i trong mu ố i trong các quá trình bi ế n ñổ i, các bài toán này th ườ ng liên quan ñế n các kim lo ạ i chuy ể n ti ế p nh ư Fe hay Cr. Ngoài ra khi bi ệ n lu ậ n c ũ ng c ầ n ph ả i chú ý là tùy t ừ ng mu ố i mà h ệ s ố c ủ a n ướ c k ế t tinh có th ể là s ố nguyên, bán nguyên hay th ậ p phân (xem b ả ng 1). Sau ñ ây là m ộ t s ố bài t ậ p tham kh ả o: Bài 1: Nung 8,08 gam m ộ t mu ố i A thu ñượ c s ả n ph ẩ m khí và 1,6 gam m ộ t h ợ p ch ấ t r ắ n B không tan trong n ướ c. Ở ñ i ề u ki ệ n thích h ợ p, n ế u cho s ả n ph ẩ m khí ñ i qua 200 gam dung d ị ch NaOH 1,2% ở ñ i ề u ki ệ n xác ñị nh thì th ấ y ph ả n ứ ng x ả y ra v ừ a ñủ và thu ñượ c m ộ t dung d ị ch ch ỉ ch ứ a m ộ t mu ố i duy nh ấ t có n ồ ng ñộ 2,47%. Xác ñị nh công th ứ c phân t ử c ủ a mu ố i A, bi ế t r ằ ng khi nung mu ố i A thì kim lo ạ i trong A không bi ế n ñổ i s ố oxi hoá. Bài 2: ðố t cháy hoàn toàn 4,4 gam m ộ t sunphua kim lo ạ i MS (M có các s ố oxi hoá +2 và +3 trong các h ợ p ch ấ t) trong l ượ ng d ư O 2 . Ch ấ t r ắ n thu ñượ c sau ph ả n ứ ng ñượ c hòa tan Tạp chí Hóa Học và Ứng Dụng, số 10 (58) / 2006 Bài toán về muối ngậm nước Copyright © 2006 Lê Phạm Thành E- mail: thanh.lepham@gmail.com - 4/4 - hoàn toàn trong l ượ ng v ừ a ñủ dung d ị ch HNO 3 37,8%. N ồ ng ñộ % c ủ a mu ố i trong dung d ị ch thu ñượ c là 41,7%. Khi làm l ạ nh dung d ị ch này thì có 8,08 gam mu ố i ng ậ m n ướ c X tách ra và n ồ ng ñộ % c ủ a mu ố i trong dung d ị ch gi ả m xu ố ng còn 34,7%. Xác ñị nh công th ứ c phân t ử c ủ a mu ố i X. Bài 3: ðể xác ñị nh công th ứ c c ủ a mu ố i kép X ng ườ i ta ti ế n hành các thí nghi ệ m:  Hòa tan 47,4 gam X vào n ướ c, thu ñượ c dung d ị ch Y. Chia Y thành 2 ph ầ n b ằ ng nhau:  Cho ph ầ n 1 tác d ụ ng v ớ i dung d ị ch BaCl 2 d ư , thu ñượ c 23,3 gam k ế t t ủ a A.  Thêm NH 3 d ư vào ph ầ n 2 ñượ c k ế t t ủ a B, nung B trong chân không ñế n kh ố i l ượ ng không ñổ i thu ñượ c 25,5 gam ch ấ t r ắ n.  L ấ y 47,4 gam X ñ em nung nóng ở nhi ệ t ñộ 120 o C ch ỉ thu ñượ c 21,6 gam h ơ i c ủ a m ộ t ch ấ t duy nh ấ t. Xác ñị nh công th ứ c c ủ a mu ố i X, bi ế t r ằ ng trong X có ch ứ a m ộ t kim lo ạ i ki ề m. B ả ng 1 d ướ i ñ ây ch ỉ ra công th ứ c phân t ử c ủ a m ộ t s ố mu ố i ñơ n và mu ố i kép th ườ ng g ặ p trong ch ươ ng trình ph ổ thông. Trong bài vi ế t này chúng tôi ñ ã ñề c ậ p ñế n m ộ t s ố bài t ậ p có liên quan ñế n v ấ n ñề mu ố i ng ậ m n ướ c. Hi v ọ ng nó s ẽ mang l ạ i cho các b ạ n yêu thích môn hóa h ọ c nh ữ ng ñ i ề u m ớ i m ẻ v ề m ộ t d ạ ng bài t ậ p v ố n ñ ã r ấ t quen thu ộ c, bài t ậ p v ề mu ố i. Trên ñ ây chúng tôi m ớ i ch ỉ s ư u t ầ m và b ướ c ñầ u thi ế t k ế ñượ c m ộ t s ố bài t ậ p thu ộ c d ạ ng này. Mong r ằ ng các b ạ n hãy cùng chúng tôi thi ế t k ế ra nhi ề u h ơ n n ữ a nh ữ ng bài t ậ p thu ộ c d ạ ng này, góp ph ầ n làm phong phú h ơ n các d ạ ng bài t ậ p hóa h ọ c trong ch ươ ng trình ph ổ thông. Bảng 1. M ộ t s ố mu ố i ñơ n và mu ố i kép th ườ ng g ặ p CuSO 4 .5H 2 O FeCl 3 .6H 2 O MgCl 2 .6H 2 O CuCl 2 .2H 2 O Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O MgSO 4 .7H 2 O Cu(NO 3 ) 2 .6H 2 O Cr 2 (SO 4 ) 3 .6H 2 O Mg(NO 3 ) 2 .6H 2 O Al 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 O CrCl 3 .6H 2 O NiCl 2 .6H 2 O AlCl 3 .6H 2 O CrCl 2 .4H 2 O Ni(NO 3 ) 2 .7H 2 O Al(NO 3 ) 3 .9H 2 O ZnSO 4 .7H 2 O KAl(SO 4 ) 2 .12H 2 O FeSO 4 .7H 2 O ZnCl 2 .1,5H 2 O KCr(SO 4 ) 2 .12H 2 O Fe 2 (SO 4 ) 3 .9H 2 O CdCl 2 .2,5H 2 O Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 .6H 2 O FeCl 2 .4H 2 O CdSO 4 .2,67H 2 O (NH 4 ) 2 SO 4 .Fe 2 (SO 4 ) 3 .24H 2 O . khác của bài tập về muối, ñó là Bài toán về muối ngậm nước . Theo tôi, có thể chia các bài tập này thành 3 dạng sau: Dạng 1: Muối ngậm nước mà kim. Thành E-mail: thanh.lepham@gmail.com - 1/4 - Bài toán v Bài toán vBài toán v Bài toán về ềề ề mu mumu muố ốố ối ng i ngi ng i ngậ ậậ ậm nư m