PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CO 2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH BAZƠ Mở đầu: Bài toán CO 2 tác dụng với dung dịch bazơ là dạng bài tập thường gặp trong các đề thi đại học cao đẳng.. Có thể chia th
Trang 1PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CO 2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH BAZƠ
Mở đầu:
Bài toán CO 2 tác dụng với dung dịch bazơ là dạng bài tập thường gặp trong các đề thi đại học cao đẳng Có thể chia thành ba dạng như sau:
Dạng 1: Bài toán của CO2 tác dụng với các dung dịch MOH(M là kim loại kiềm)
Dạng 2: Bài toán của CO2 tác dụng với các dung dịch R(OH)2 (M là kim loại kiềm thổ như Ca, Ba, Sr)
Dạng 3: Bài toán của CO2 tác dụng với dung dịch hỗn hợp MOH + R(OH)2
Sau đây sẽ xét từng trường hợp cụ thể:
<I> Dạng 1: Bài toán của CO 2 tác dụng với các dung dịch kiềm MOH (M là kim loại kiềm)
Lấy ví dụ phản ứng của CO2 với dung dịch NaOH
Các phương trình phản ứng có thể xảy ra như sau:
(1) CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O (2) CO2 + NaOH NaHCO3
Sinh ra sản phầm nào là phụ thuộc vào tỉ lệ mol của NaOH và CO2
Cụ thể ta có sơ đồ sau:
Na2CO3 NaHCO3
NaOH
CO2
n
n = D- CO2 Sinh ra c¶ 2 muèi D- NaOH
Na2CO3 vµ NaHCO3
Nhìn vào sơ đồ trên ta có:
Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO2 ≤ 1 thì chỉ sinh ra muối axit NaHCO3
Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO2 ≥ 2 thì chỉ sinh ra muối trung hoà
Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO2 lớn hơn 1 nhưng nhỏ hơn 2 thì tạo ra cả 2 muối Chú ý: Nếu dư CO2 thì chỉ sinh ra muối axit
Nếu dư NaOH thì chỉ sinh ra muối trung hoà
Ví dụ 1: Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lít khí CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch NaOH 1M Tính nồng độ mol của các chất có trong dung dịch thu được Coi thể tích dung dịch
không thay đổi
Giải
Ta có tỉ lệ molNaOH / CO2 =1,33 => CO2 tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra 2 muối
Na2CO3 và NaHCO3
(1) CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
x mol 2x mol x mol (2) CO2 + NaOH NaHCO3
y mol y mol y mol Lập và giải hệ phương trình: x+y=0,15 và 2x+y=0,2 ta được x = 0,05 mol y=0,1 mol Nồng độ mol của Na2CO3 = 0,05/0,2=0,25M
Nồng độ mol của NaHCO3 = 0,1/0,2=0,5M
Trang 2Ví dụ 2: Cho 4,48 lít CO2 (đktc) dẫn vào 60 gam dung dịch NaOH 20% Xác định
nồng độ % của muối trong dung dịch thu được
Giải
Số mol NaOH = 0,3 mol
Số mol của CO2 = 0,2 mol
Ta có tỉ lệ molNaOH / CO2 =1,58 => CO2 tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra 2 muối
Na2CO3 và NaHCO3
(1) CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
x mol 2x mol x mol (2) CO2 + NaOH NaHCO3
y mol y mol y mol
Ta có: x+y=0,2 và 2x+y=0,3 => x = y = 0,1 mol
mNa2CO3= 106.0,1=10,6 gam
mNaHCO3 = 84.0,1 = 8,4 gam
áp dạng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Khối lượng CO2 + khối lượng dung dịch NaOH khối lượng dung dịch muối
=>0,2.44 + 60 = mdung dịch muối =>mdung dịch muối = 68,8 gam
Nồng độ % các muối:
C% Na2CO3 = 15,41%
C% NaHCO3 = 12,21%
Chú ý kinh nghiệm: Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO 2 =1,5 thì số mol 2 muối bằng nhau
<II> Dạng 2: Bài toán của CO 2 tác dụng với các dung dịch R(OH) 2 (M là kim
loại kiềm thổ như Ca, Ba, Sr)
Lấy ví dụ phản ứng của CO2 với dung dịch Ba(OH)2
Các phương trình phản ứng có thể xảy ra như sau:
(1) CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O Nếu sau phản ứng (1) CO2 còn dư thì kết tủa bị hoà tan:
(2) CO2 + BaCO3 + H2O Ba(HCO3)2 Tuy nhiên để đơn giản nếu sản phẩm phản ứng sinh ra muối trung hoà và axit thì ta
viết 2 phương trình sau:
(1) CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O (2) 2CO2 + Ba(OH)2 Ba(HCO3)2 Lưu ý: muối axit sinh ra nếu đun nóng sẽ bị nhiệt phân:
Ba(HCO3)2 t0
BaCO3 + CO2 + H2O Viết phương trình (2) không thể hiện bản chất nhưng thuận tiện cho việc tính toán
Sinh ra sản phầm nào là phụ thuộc vào tỉ lệ mol của CO2 và Ba(OH)2
Cụ thể ta có sơ đồ sau:
Ba(OH)2
CO2
n
n = D- Ba(OH)2 Sinh ra c¶ 2 muèi D- CO2
BaCO3 vµ Ba(HCO)2
Cách vận dụng sơ đồ này tương tự như trường hợp CO 2 + dung dịch MOH
Chú ý kinh nghiệm: Nếu tỉ lệ mol CO 2 : Ba(OH) 2 =1,5 thì số mol 2 muối bằng nhau
Trang 3Ví dụ 3: Cho 6,72 lít khí CO2 (đktc) hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, tính khối lượng muối thu được?
Giải
Số mol CO2 =0,3 mol
Số mol Ba(OH)2 = 0,2 mol
Ta có tỉ lệ mol CO 2 : Ba(OH) 2 =1,5 => xảy ra 2 muối
(1) CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O (2) 2CO2 + Ba(OH)2 Ba(HCO3)2
Ta có số mol BaCO3 = Số mol Ba(HCO3)2 = 0,1 mol Khối lượng các muối:
mBaCO3=197.0,1=19,7 gam mBa(HCO3)2= 259.0,1=25,9 gam
Ví dụ 4: Sục V (lít) CO2 (đktc) vào 200 ml ddịch Ca(OH)2 1M, thu được 2,5 gam kết tủa Tính V?
Giải
Với bài toán này ta không tính được tỉ lệ mol CO2: Ca(OH)2 do đó có thể xét các trường hợp sau:
Trường hợp 1: Dư Ca(OH)2 , sản phẩm chỉ có muối trung hoà:
Khi đó ta có phương trình:
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
Số mol CO2 = số mol CaCO3 = 0,025 mol V CO2 =0,56 lít
Trường hợp 2: CO2 và Ca(OH)2 vừa đủ, sản phẩm có cả muối trung hoà và muối axit
Ta có 2 phương trình:
(1) CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
(2) 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 Theo phương trình (1):
số mol CO2 pư (1)= số mol Ca(OH)2 pư (1) = số mol CaCO3 =0,025 mol
Số mol Ca(OH)2 pư (2) = 0,2-0,025=0,175 mol
Theo phương trình (2):
Số mol CO2 pư (2) =0,175.2=0,35 mol
Số mol CO2 = 0,025 + 0,35 = 0,375 mol
V CO2 = 8,4 lít
Lưu ý:
- Nếu số mol kết tủa < số mol Ca(OH) 2 thì chia làm 2 trường hợp như trên
- Nếu số mol kết tủa < số mol CO 2 thì chắc chắn tạo ra 2 muối
<III> Dạng 3: Bài toán của CO 2 tác dụng với dung dịch hỗn hợp MOH + R(OH) 2
Với dạng toán này sử dụng cách viết phương trình ion để tính.Các bước như sau: 1) Tính số mol các ion OH
-; M+; R2+
Trang 42) Sau đó tỉnh tỉ lệ mol OH
-: CO2 để xem xem rơi vào trường hợp nào rồi vận dụng
sơ đồ sau để viết phương trình
CO3 2-HCO3
-OH
-CO2
n
n = D- CO2 Sinh ra c¶ 2 muèi D- OH
-CO32- vµ HCO3
-Ví dụ 5 ĐH khối A 2008
Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (đktc) vào 500 ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa Giá trị của m là:
Giải
Trước hết tính số mol OH
-Số mol NaOH = 0,5.0,1=0,05 mol
Số mol Ba(OH)2 = 0,5.0,2=0,1 mol
NaOH Na+ + OH- 0,05 mol 0,05 mol 0,05 mol Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH -0,1 mol -0,1 mol 0,2 mol Tổng số mol OH
= 0,25 mol
Tỉ lệ mol OH-
: CO2 = 0,25 : 0,2 = 1,25 => sẽ tạo ra 2 loại muối (muối axit và muối trung hoà):
(1) 2OH-+ CO2 CO3
+ H2O 2x mol x mol x mol
(2) OH- + CO2 HCO3
-y mol -y mol -y mol
(3)
Ba2+ + CO32- BaCO3
Ta có hệ phương trình x + y = 0,2; 2x + y = 0,25 => x = 0,05 mol y = 0,15 mol Tính theo phương trình (3), Ba2+
sẽ dư, CO3
hết
Số mol BaCO3= 0,05 => khối lượng kết tủa mBaCO3=0,05.197=9,85 gam Đáp án C
Ví dụ 6 Cho 18,3 gam hỗn hợp X gồm Na và Ba vào nước thu được dung dịch Y và
4,48 lít H2 (đktc) Xác định thể tích CO2 (đktc) cho vào dung dịch Y để thu được kết tủa cực đại?
Giải
Trước hết đi tìm số mol NaOH và Ba(OH)2
(1) Na + H2O NaOH + 1/2H2
(2) Ba + 2H2O Ba(OH)2 + H2
Gọi số mol của Na và Ba lần lượt là x và y mol, ta có hệ:
23x+137y=18,3
1/2x+y= 0,2
Giải được: x= 0,2; y= 0,1
Số mol NaOH = 0,2 mol; số mol Ba(OH)2 =0,1 mol
Trong dung dịch Y có: 0,4 mol OH
-; 0,2 mol Na + và 0,1 mol Ba 2+
Số mol kết tủa cực đại = số mol Ba2+
=0,1 mol
Trang 5Do đó để thu được lượng kết tủa cực đại thì khi cho CO2 hấp thụ vào dung dịch Y phải tạo ra 0,1 mol CO3
2-Ta có 2 trường hợp:
Trường hợp 1: Chỉ có 1 phản ứng:
(1) 2OH-+ CO2 CO32- + H2O
Số mol CO2 = số mol CO32- = 0,1 mol ( OH- dư)
VCO2=0,1./22,4=2,24 lít
Trường hợp 2: Có 2 phản ứng
(1) 2OH- + CO2 CO3
+ H2O 0,2 mol 0,1 mol 0,1 mol
-0,2 mol -0,2 mol
Số mol CO2 = 0,3 mol
VCO2=0,3.22,4=6,72 Kết hợp 2 trường hợp ta dễ dàng thấy để thu được lượng kết tủa cực đại thì : 2,24 lít ≤ V ≤ 6,72 lít
Các bài tập vận dụng
Bài 1: Câu 4 đề 175 ĐH khối A 2009
Cho 0,448 lít khí CO2 (đktc) hấp thụ vào 100 ml dung dịch chứa hỗn hợp NaOH 0,06M và Ba(OH)2 0,12M, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là:
Bài 2: Dẫn 3,36 l khí CO2 (đo ở đktc) vào 250 ml dung dịch NaOH 2M, thu được dung dịch A Tính nồng độ của các chất trong dung dịch A
Bài 3:
a/ Phải đốt chát hoàn toàn bao nhiêu gam cacbon để khi cho khí CO2 tạo ra trong phản ứng trên tác dụng với 3,4 lít dd NaOH 0,5 M ta được dung dịch X gồm 2 muối, trong đó muối hidrocacbonat có nồng độ mol bằng 1,4 lần nồng độ mol của muối trung hoà
b/ Nếu thêm một lượng vừa đủ dung dịch CaCl2 1M vào dung dịch X trên thì sẽ thu được bao nhiêu gam kết tủa? Tính thể tích dd CaCl2 1M phải dùng
c/ Tính khối lượng kết tủa thu được nếu dùng Ca(OH)2 dư thay vì dùng CaCl2
Bài 4: Cho V lít khí CO2 (đktc) đi vào 300 ml dung dịch Ca(OH)2 0,4M thì thu được
6 gam kết tủa trắng và dung dịch A Lấy dung dịch A đem đun nóng thì lại thu thêm được 6 gam kết tủa nữa Tính thể tích CO2 đã dùng
Bài 5: Nhiệt phân m gam CaCO3 ở nhiệt độ cao( h= 80%), thu khí bay ra rồi cho đi vào 250 ml dd Ca(OH)2 0,4M thì thu được 8 gam kết tủa Tính m?
Bài 6: Câu 24 đề 182 ĐH khối A năm 2007
Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO2 (đktc) vào 2,5 lít dung dịch Ba(OH)2 nồng độ a mol/l, thu được 15,76 gam kết tủa Giá trị của a là:
Đáp số:
Bài 1: Đáp án C
Bài 2: ĐS: [NaOH]=0,8M; [Na 2 CO 3 ]=0,6M
Bài 3:a) 14,4 gam b) mCaCO3=50 gam c) mCaCO3=120 gam
Trang 6Bài 4: ĐS: V = 4,032 lit
Bài 5: ĐS: m=10 g hoặc m = 15 g
Bài 6: Đáp án D