Bài học

Trộn hai dung dịch acid–base có phản ứng: theo dõi mol chất tan

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em tính được nồng độ của chất còn dư (hoặc sản phẩm) khi trộn hai dung dịch xảy ra phản ứng, kể cả khi tỉ lệ phản ứng không phải 1:1.

Kiến thức cần có

Cần PTHH của acid với base, công thức n=CM·V, và cách xác định chất phản ứng hết trong bài tính theo PTHH.

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 lập bảng mol trước–sau cho MỖI chất tan khi hai dung dịch phản ứng, thay vì chỉ áp công thức C%/C_M cho một dung dịch có sẵn. 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 lập bảng mol trước–sau cho MỖI chất tan khi hai dung dịch phản ứng, thay vì chỉ áp công thức C%/C_M cho một dung dịch có sẵn. 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

Đổ 100 mL dung dịch HCl 1M vào 150 mL dung dịch NaOH 0,8M. Dung dịch sau khi trộn có còn base dư không, và nồng độ của nó là bao nhiêu?

Ý tưởng cốt lõi: bảng mol trước–sau

Khi hai dung dịch trộn vào nhau mà các chất tan phản ứng được với nhau, ta không còn tính C% hay C_M trực tiếp từ dữ kiện ban đầu nữa. Phải qua ba bước: đổi mỗi dung dịch ra số mol chất tan, viết PTHH để biết chất nào hết trước (chất phản ứng hết gọi là chất thiếu, chất còn lại sau phản ứng gọi là chất dư), rồi tính lại nồng độ trên thể tích dung dịch SAU khi trộn.

Thể tích dung dịch sau khi trộn, nếu đề không nói gì khác, được coi bằng tổng hai thể tích ban đầu (không tính co giãn thể tích khi pha trộn, đây là quy ước chuẩn của đề thi lớp 8). Với ví dụ mở đầu: $n(HCl)=0{,}1\cdot 1=0{,}10$ mol và $n(NaOH)=0{,}15\cdot 0{,}8=0{,}12$ mol. Vì $HCl+NaOH\to NaCl+H_2O$ có tỉ lệ 1:1, HCl hết trước (chỉ có 0,10 mol so với 0,12 mol NaOH), NaOH còn dư đúng $0{,}12-0{,}10=0{,}02$ mol.

Chất thiếu quyết định lượng phản ứng; chất dư và sản phẩm đều chia cho cùng một thể tích sau trộn.

Khi tỉ lệ phản ứng không phải 1:1

Với acid hai lần acid như $H_2SO_4$ , PTHH với NaOH là $H_2SO_4+2NaOH\to Na_2SO_4+2H_2O$ , tỉ lệ mol là 1:2. Học sinh hay quên hệ số này và so sánh trực tiếp số mol hai chất, dẫn đến xác định sai chất dư. Cách an toàn: tính “số mol NaOH CẦN để phản ứng hết với toàn bộ H2SO4” rồi so với số mol NaOH THỰC CÓ.

Với acid hai lần acid như $H_2SO_4$, PTHH với NaOH là $H_2SO_4+2NaOH\to Na_2SO_4+2H_2O$, tỉ lệ mol là 1:2. Học sinh hay quên hệ số này và so sánh trực tiếp số mol hai chất, dẫn đến xác định sai chất dư. Cách an toàn: tính “số mol NaOH CẦN để phản ứng hết với toàn bộ H2SO4” rồi so với số mol NaOH THỰC CÓ.

Nếu NaOH thực có nhiều hơn số cần, NaOH dư và H2SO4 hết; nếu ít hơn, H2SO4 dư và NaOH hết. Số mol muối tạo thành luôn tính theo chất đã phản ứng hết (chất thiếu), không phải theo chất dư. Đây là điểm học sinh lớp 8 dễ nhầm nhất khi mới gặp tỉ lệ khác 1:1.

Hai dung dịch cùng phản ứng

Khi trộn hai dung dịch có phản ứng, luôn kiểm tỉ lệ mol theo hệ số PTHH trước khi kết luận chất nào dư. Không bao giờ giả định tỉ lệ 1:1 nếu PTHH không cho tỉ lệ đó. Nồng độ mọi chất sau phản ứng (kể cả chất dư) đều chia cho THỂ TÍCH DUNG DỊCH SAU KHI TRỘN, không phải thể tích ban đầu của riêng nó.

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: so sánh trực tiếp số mol hai chất mà bỏ qua hệ số PTHH khác 1:1; tính nồng độ chất dư trên thể tích ban đầu của nó thay vì thể tích sau khi trộn; tính lượng muối theo chất dư thay vì chất đã phản ứng hết; quên đổi mL sang lít trước khi nhân với C_M.

Ví dụ

Ví dụ 1 — HCl và NaOH, tỉ lệ 1:1

1
Trộn 100 mL dung dịch HCl 1M với 150 mL dung dịch NaOH 0,8M. Tính nồng độ mol của chất tan còn lại sau phản ứng.
2
Hai chất tan phản ứng với nhau khi trộn nên không thể áp công thức C_M cho từng dung dịch riêng lẻ.
3
Lập bảng mol trước–sau theo PTHH tỉ lệ 1:1, tìm chất dư rồi chia cho thể tích sau khi trộn.
4
PTHH: $HCl+NaOH\to NaCl+H_2O$ . Ta có $n(HCl)=0{,}1\cdot 1=0{,}10$ mol và $n(NaOH)=0{,}15\cdot 0{,}8=0{,}12$ mol. Vì tỉ lệ phản ứng là 1:1 và $n(HCl)<n(NaOH)$ , HCl phản ứng hết, NaOH dư. Suy ra $n(NaOH\,dư)=0{,}12-0{,}10=0{,}02$ mol (1) và $n(NaCl)=0{,}10$ mol (2). Thể tích dung dịch sau khi trộn $V=0{,}1+0{,}15=0{,}25$ L. Từ (1): $C_M(NaOH\,dư)=0{,}02/0{,}25=0{,}08$ M. Từ (2): $C_M(NaCl)=0{,}10/0{,}25=0{,}4$ M. Vậy dung dịch sau phản ứng chứa NaOH dư 0,08M và NaCl 0,4M.
PTHH: $HCl+NaOH\to NaCl+H_2O$. Ta có $n(HCl)=0{,}1\cdot 1=0{,}10$ mol và $n(NaOH)=0{,}15\cdot 0{,}8=0{,}12$ mol. Vì tỉ lệ phản ứng là 1:1 và $n(HCl)<n(NaOH)$, HCl phản ứng hết, NaOH dư. Suy ra $n(NaOH\,dư)=0{,}12-0{,}10=0{,}02$ mol (1) và $n(NaCl)=0{,}10$ mol (2). Thể tích dung dịch sau khi trộn $V=0{,}1+0{,}15=0{,}25$ L. Từ (1): $C_M(NaOH\,dư)=0{,}02/0{,}25=0{,}08$ M. Từ (2): $C_M(NaCl)=0{,}10/0{,}25=0{,}4$ M. Vậy dung dịch sau phản ứng chứa NaOH dư 0,08M và NaCl 0,4M.
5
Tổng mol Na trước và sau đều bằng 0,12 mol (0,02 mol trong NaOH dư + 0,10 mol trong NaCl), đúng bảo toàn nguyên tố Na.
6
Nếu đổi thành 150 mL HCl 1M với 100 mL NaOH 0,8M thì HCl (0,15 mol) nhiều hơn NaOH (0,08 mol), HCl sẽ dư thay vì NaOH.

Ví dụ

Ví dụ 2 — H2SO4 và NaOH, tỉ lệ 1:2

1
Trộn 100 mL dung dịch H2SO4 1M với 300 mL dung dịch NaOH 1M. Tính nồng độ mol của chất tan còn lại sau phản ứng.
2
PTHH có hệ số 1:2 nên không thể so trực tiếp hai số mol ban đầu như ví dụ 1.
3
Tính số mol NaOH CẦN để trung hòa hết H2SO4, rồi so với số mol NaOH THỰC CÓ để tìm chất dư.
4
PTHH: $H_2SO_4+2NaOH\to Na_2SO_4+2H_2O$ . Ta có $n(H_2SO_4)=0{,}1\cdot 1=0{,}10$ mol và $n(NaOH)=0{,}3\cdot 1=0{,}30$ mol. Theo PTHH, lượng NaOH cần để phản ứng hết 0,10 mol H2SO4 là $2\cdot 0{,}10=0{,}20$ mol (1). Vì $n(NaOH)$ thực có là 0,30 mol $>0{,}20$ mol nên NaOH dư, H2SO4 hết. Suy ra $n(NaOH\,dư)=0{,}30-0{,}20=0{,}10$ mol (2) và $n(Na_2SO_4)=n(H_2SO_4)=0{,}10$ mol (3). Thể tích sau khi trộn $V=0{,}1+0{,}3=0{,}4$ L. Từ (2): $C_M(NaOH\,dư)=0{,}10/0{,}4=0{,}25$ M. Từ (3): $C_M(Na_2SO_4)=0{,}10/0{,}4=0{,}25$ M. Vậy dung dịch sau phản ứng chứa NaOH dư 0,25M và Na2SO4 0,25M.
PTHH: $H_2SO_4+2NaOH\to Na_2SO_4+2H_2O$. Ta có $n(H_2SO_4)=0{,}1\cdot 1=0{,}10$ mol và $n(NaOH)=0{,}3\cdot 1=0{,}30$ mol. Theo PTHH, lượng NaOH cần để phản ứng hết 0,10 mol H2SO4 là $2\cdot 0{,}10=0{,}20$ mol (1). Vì $n(NaOH)$ thực có là 0,30 mol $>0{,}20$ mol nên NaOH dư, H2SO4 hết. Suy ra $n(NaOH\,dư)=0{,}30-0{,}20=0{,}10$ mol (2) và $n(Na_2SO_4)=n(H_2SO_4)=0{,}10$ mol (3). Thể tích sau khi trộn $V=0{,}1+0{,}3=0{,}4$ L. Từ (2): $C_M(NaOH\,dư)=0{,}10/0{,}4=0{,}25$ M. Từ (3): $C_M(Na_2SO_4)=0{,}10/0{,}4=0{,}25$ M. Vậy dung dịch sau phản ứng chứa NaOH dư 0,25M và Na2SO4 0,25M.
5
Nếu nhầm tỉ lệ 1:1, sẽ kết luận NaOH cần chỉ 0,10 mol và tính sai chất dư gấp đôi thực tế, đúng cái bẫy hệ số PTHH của bài này.
6
Nếu chỉ dùng 150 mL NaOH 1M (0,15 mol, nhỏ hơn 0,20 mol cần), H2SO4 sẽ dư thay vì NaOH.

Luyện tập có hướng dẫn

Tự luyện và challenge checkpoint

Lỗi thường gặp

So mol hai chất khi PTHH không phải 1:1; tính nồng độ chất dư trên thể tích ban đầu thay vì thể tích sau trộn; quy tất cả nồng độ dư/sản phẩm về cùng thể tích mà quên đổi mL sang L.

Chốt bài: Em đã biết lập bảng mol trước–sau để tính nồng độ chất còn dư (hoặc sản phẩm) khi trộn hai dung dịch có phản ứng, kể cả khi tỉ lệ PTHH khác 1:1. Bài sau chuyển sang trường hợp phản ứng tạo kết tủa thay vì nước, đòi hỏi thêm một bước: loại bỏ chất rắn khỏi dung dịch.