Chuyên đề 12 muối cacbonat

Chuyên đề 12: TỐN MUỐI CACBONAT TÁC DỤNG VỚI AXIT Thường gặp HCl, H2SO4 lỗng I- KIẾN THỨC CẦN NHỚ: 1- Phản ứng giữa muối cacbonat và dung dịch axit.. Khi cho muối cacbonat tác dụng với

Chuyên đề 12:

TỐN MUỐI CACBONAT TÁC DỤNG VỚI AXIT

(Thường gặp HCl, H2SO4 lỗng)

I- KIẾN THỨC CẦN NHỚ:

1- Phản ứng giữa muối cacbonat và dung dịch axit

Khi cho muối cacbonat tác dụng với dung dịch axit (mạnh hơn H2CO3) thì phản ứng xảy ra theo tính chất sau đây:

HCl, H SO 2 4

4Muèi cacbonat + Axit m¹nh h¬n    Muèi cđa axit m¹nh + H O + CO 

Ví dụ:

Na2CO3 + 2HCl  2NaCl + H2O + CO2 

NaHCO3 + HCl  NaCl + H2O + CO2 

CaCO3 + H2SO4  CaSO4 + H2O + CO2 

Ca(HCO3)2 + H2SO4  CaSO4 + 2H2O + 2CO2 

Tuy nhiên, nếu cho từ từ axit vào dung dịch muối (hoặc ngược lại) thì cĩ thể cho những kết quả khác nhau cả về mặt định tính và định lượng

2- Bài tốn cĩ sự thay đổi thao tác thí nghiệm

2.1- Dung dịch Axit tác dụng với dung dịch một muối trung hịa (Na 2 CO 3 hoặc

K 2 CO 3 )

Cho từ từ dung dịch Na 2 CO 3

vào dung dịch axit (H + )

Cho từ từ dung dịch axit (H + ) vào dung dịch Na 2 CO 3

–Vì mỗi giọt dung dịch muối rơi xuống

sẽ phản ứng trong mơi trường H+ nên

CO2 giải phĩng liên tục cho đến khi

lượng axit hết (hoặc lượng muối hết)

– Phương trình phản ứng:

Na2CO3 + 2HCl  2NaCl + H2O + CO2 

–Vì mỗi giọt axit rơi xuống sẽ phản ứng trong mơi trường Na2CO3 nên sau một thời gian mới cĩ khí thốt ra: –Thứ tự phản ứng:

Na2CO3 + HCl  NaHCO3 + NaCl NaHCO3 + HCl  NaCl + H2O + CO2 

 Các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Cho từ từ V1 ml dung dịch HCl 2M vào V2 ml dung dịch Na2CO3

0,5M thì thu được 3,36 lít CO2 Khi cho từ từ V2 ml dung dịch Na2CO3 0,5M vào

V1 ml dung dịch HCl 2M thì thu được 3,92 lít CO2 Các thể tích đo ở điều kiện tiêu chuẩn, các phản ứng xảy ra hồn tồn

Tính V1, V2

Phân tích:

Mấu chốt vấn đề ở chỗ thể tích CO 2 ở 2 thí nghiệm khác nhau, chứng tỏ HCl thiếu Khi cho từ từ HCl vào Na 2 CO 3 thì khí thốt ra ít hơn do cĩ một phần CO 2 bị

4

hấp thụ thành NaHCO 3 Khi làm thí nghiệm ngược lại thì khí thoát ra nhiều hơn,

do khí CO 2 sinh ra trong môi trường H + (không phản ứng với CO 2 )

Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn, các thể tích khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn

a) Nếu b ≥ 2a  nHClnNa (muối)  HCl dư Thí nghiệm cho từ từ A vào B hay

B vào A đều cho số mol CO2 như nhau

Na2CO3 + 2HCl  2NaCl + H2O + CO2 

a  a (mol)

 VCO2 22, 4a (lít)

b) Nếu b < 2a  nHClnNa(muối)  HCl thiếu Thí nghiệm cho từ từ A vào

B và cho từ từ B vào A sẽ cho kết quả khác nhau

* Cho từ từ A vào B: Khí giải phóng liên tục

Na2CO3 + 2HCl  2NaCl + H2O + CO2 

b  0,5b (mol)

b) Thí nghiệm 2: Cho từ từ đến hết dung dịch Y vào dung dịch X

NaHCO :

1 2

b) Phương pháp giải toán:

 Cách 1: Phương phap đại số:

b) Phương pháp giải toán: Sử dụng phương pháp giả thiết

 Giả thiết 1: Nếu Na 2 CO 3 phản ứng trước

Viết các PTHH, tính toán theo thứ tự của giả thiết  lượng CO2 (V1)

 Giả thiết 2: Nếu NaHCO 3 phản ứng trước

Viết các PTHH, tính toán theo thứ tự của giả thiết  lượng CO2 (V2)

 Thực tế phản ứng không theo thứ tự nên  V1VCO2 V2(hoặc ngược lại)

 Chú ý:

Khi cho dung dịch Ba(OH) 2 hoặc Ca(OH) 2 tác dụng với muối hidrocacbonat HCO 3 , nếu dung dịch Ba(OH) 2 dùng dư hoặc kết tủa cực đại thì dung dịch sau phản ứng không chứa muối cacbonat trung hòa

-Ba(OH)2 + 2NaHCO3 dư  BaCO3  + Na2CO3 + 2H2O

Ba(OH)2 dư + NaHCO3  BaCO3  + NaOH + H2O

 Các ví dụ minh họa:

Ví dụ 4: Dung dịch A chứa đồng thời 0,15mol KHCO3 và 0,1 mol K2CO3 Dung dịch B chứa 0,3 mol HCl Tính thể tích (đktc) CO2 thu được trong các thí nghiệm sau đây? Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn

a) Cho từ từ đến hết dung dịch A vào dung dịch B

b) Cho từ từ đến hết dung dịch B vào dung dịch A

c) Cho nhanh dung dịch A vào dung dịch B

Hướng dẫn:

Ta thấy nHCl 0, 3 molnK  0,15 + 0,1.2 = 0,35 mol  HCl thiếu

a) Cho từ từ A vào B: Phản ứng xảy ra trong môi trường chứa K2CO3

b) Cho từ từ B vào A: Phản ứng xảy ra trong môi trường chứa HCl

 2 muối phản ứng song song, theo đúng tỉ lệ số mol ban đầu

c) Cho nhanh A vào B thì không xác định chính xác thứ tự phản ứng

 Giả thiết 1: Nếu K 2 CO 3 phản ứng trước

Ví dụ 5: Dung dịch A chứa 0,5 mol HCl Dung dịch B có thể tích 200ml chứa

đồng thời Na2CO3 x(M) và NaHCO3 y(M) Cho từ từ dung dịch B vào dung dịch A thì thu được 6,72 lít CO2 (đktc) và dung dịch D Cho V ml dung dịch Ba(OH)2

0,5M (dư 25% so với lượng cần thiết) vào dung dịch D thu được 29,55 gam kết tủa Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Tính x, y, V

Phân tích:

Mấu chốt: Cho từ từ B vào A thì mỗi giọt dung dịch B rơi xuống đều có tỉ lệ số

mol đúng bằng tỷ lệ số mol của chúng trong dung dịch và bằng tỉ lệ nồng độ mol Khi cho Ba(OH) 2 tạo kết tủa cực đại nên toàn bộ gốc =CO 3 và -HCO 3 đã chuyển hết thành kết tủa BaCO 3

Định hướng: Từ số mol CO 2 và HCl ta tính được số mol muối phản ứng Từ số mol kết tủa ta tính được số mol các muối còn dư

– Thí nghiệm 2: Cho dung dịch Ba(OH)2 dư vào D

Vì tỉ lệ số mol các muối còn dư bằng tỉ lệ số mol muối phản ứng, nên tỷ lệ số

10

II- BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Dung dịch X chứa a mol HCl , dung dịch Y chứa b mol Na2CO3 (a < 2b) a) Cho rất từ từ X vào Y thì thu được V1 lít khí

b) Cho Y vào X thì thu được V2 lít khí

Lập biểu thức tính V1, V2 theo a,b Thể tích khí đo ở điều kiện tiêu chuẩn

Phân tích:

Mấu chốt bài tập ở dữ kiện a < 2b tức là số mol gốc Cl < số mol Na trong muối Đây là cơ sở để ta khẳng định số mol HCl lấy vào thiếu so với Na 2 CO 3 Mặt khác khi cho X vào Y mà sinh khí  Na 2 CO 3 hết

Bài 2: Cốc A đựng 200 ml dung dịch Na2CO3 1M và NaHCO3 1,5M Cốc B chứa

200 ml dung dịch HCl 7,3% (d= 1,25 gam /ml) Làm các thí nghiệm sau :

– Thí nghiệm 1: Cho rất từ từ đến hết B vào A

– Thí nghiệm 2: Cho rất từ từ đến hết A vào B

– Thí nghiệm 3: Đổ nhanh toàn bộ A vào B

Sau khi kết thúc các thí nghiệm thì thể tích CO2 (đktc) có khác nhau không? Tính toán để chứng minh

Phân tích:

Bài toán này tương tự như ví dụ 4 trong phần ví dụ minh họa Vì vậy cách giải cũng tương tự như ví dụ 4 Kết quả về lượng CO 2 sinh ra khác nhau là do số mol HCl lấy thiếu, nếu HCl dư thì cuối cùng toàn bộ cacbon trong các gốc HCO 3 và

CO 3 đều giải phóng thành CO 2 nên số mol của khí sẽ như nhau

– Thí nghiệm 1: Phản ứng xảy ra trong dung dịch chứa Na2CO3

– Thí nghiệm 2: Phản ứng xảy ra trong dung dịch chứa HCl

 Các muối phản ứng song song theo tỷ lệ số mol Na2CO3: NaHCO3 = 2:3

Lưu ý: Ở thí nghiệm 2, các em có thể sử dụng phương pháp đại số:

Gọi x là số mol Na2CO3 phản ứng  số mol NaHCO3 phản ứng là 1,5x (mol) Theo số mol HCl  2x + 1,5x = 0,5  x = 1/7

Thể tích CO2 là: V = 2,5.(1:7).22,4 = 8 lít

12

Bài 3: Hoà tan m (gam) hỗn hợp Na2CO3 và KHCO3 vào nước thì được 400 ml dung dịch A Cho từ từ 100ml HCl 1,5M vào A thu được một dung dịch B và 1,008 lít khí (đktc) Cho B tác dụng với Ba(OH)2 dư thì thu được 29,55 gam kết tủa a) Tính m và nồng độ mol của các chất trong dung dịch A

b) Tính thể tích khí CO2 (đktc) sinh ra khi đổ dung dịch A vào bình đựng 200ml dung dịch HCl 1,5M

Phân tích:

Đây là bài toán tương đối khó đối với học sinh THCS Điểm dễ mắc sai lầm nhất ở bài này là chỗ Ba(OH) 2 dư  toàn bộ cacbon trong 2 gốc chuyển hết vào kết tủa BaCO 3

Mặt khác, hai muối trong hỗn hợp đầu chứa 2 nguyên tố kim loại khác nhau cũng có thể gây bối rối không ít học sinh Điều này chẳng có gì lo cả, bởi vì khi viết phương trình hóa học các em có thể đặt công thức đại diện

Đặt công thức của muối NaHCO3 và KHCO3 là RHCO3

 số mol RHCO3 = (x + y) mol

a) Cho rất từ từ đến hết dung dịch trong cốc A vào cốc B

b) Cho rất từ từ đến hết dung dịch trong cốc B vào cốc A

a) Cho từ từ A vào B: phản ứng xảy ra trong dung dịch chứa muối K2CO3

K2CO3 + HNO3  KHCO3 + KNO3

a) Cho từ từ A vào B: phản ứng xảy ra trong dung dịch chứa HCl

 Các muối phản ứng song song, tỷ lệ số mol muối phản ứng bằng tỉ lệ số mol các muối ban đầu

Gọi x là số mol KHCO3 phản ứng  số mol K2CO3 phản ứng là 2x (mol)

K2CO3 + 2HNO3  2KNO3 + H2O + CO2 

2x  4x 4x 2x (mol)

KHCO3 + HNO3  KNO3 + H2O + CO2 

x  x x x (mol)

14

Theo số mol HNO3 ta có: 5x = 0,2  x = 0,04 mol

Dung dịch sau phản ứng có: KNO3, KHCO3 dư, K2CO3 dư

Bài 5: Cho rất từ từ dung dịch A chứa x mol HCl vào dung dịch B chứa y mol

Na2CO3 Sau khi cho hết A vào B ta được dung dịch C Hỏi trong dung dịch C có những chất gì? bao nhiêu mol (tính theo x, y)? Nếu x = 2y thì pH của dung dịch C

là bao nhiêu sau khi đun nhẹ để thoát hết khí

Phân tích:

Ở đây các dữ kiện (số mol) đề cho dạng chữ nên chưa biết HCl thiếu hay dư Vì vậy cần phải biện luận nhiều trường hợp theo hướng tăng dần số mol HCl

Để thuận tiện trong việc biện luận (tránh viết phương trình hóa học nhiều lần),

Ta giả thiết vừa đủ xảy ra tất phản ứng và viết đúng thứ tự, xác định số mol HCl tối thiểu cho mỗi mốc phản ứng Sau đó biện luận theo hướng tăng dần số mol HCl (dưới mốc 1, chạm mốc 1, giữa 2 mốc, chạm mốc 2, vượt mốc 2)

 Nếu x < y: Chỉ xảy ra (1) và Na2CO3 còn dư

 Dung dịch C: NaCl, NaHCO3 và Na2CO3

Na CO : (y x)

x(mol) mol

 Nếu x = y: Vừa đủ xảy ra (1)

 Dung dịch C: NaCl, NaHCO3

Bảo toàn số mol Cl, Na  NaCl

NaHCO3

n  n  x= y(mol)

 Nếu y < x < 2y: Phản ứng (1) hoàn toàn, phản ứng (2) xảy ra một phần

 Dung dịch C: NaCl, NaHCO3 dư

Bảo toàn số mol Cl, Na  NaCl

 Nếu x = 2y: Vừa đủ xảy ra cả (1) và (2)

 Dung dịch C chỉ chứa NaCl: x (mol) = 2y (mol)

Khi đuổi CO2 bay hết thì dung dịch C trung tính  pH=7

 Nếu x > 2y: Đã xảy ra cả (1) và (2) và HCl dư

Dung dịch C gồm: NaCl, HCl dư

Bảo toàn số mol Na, Cl  nNaCl

HCl : (x 2y)

2y(mol) mol

Bài 6: Cho dung dịch A chứa x (mol) HCl; dung dịch B chứa y (mol) Na2CO3 và z

(mol) NaHCO3 Có thể thu được số mol CO2 là bao nhiêu theo x,y, z trong mỗi thí nghiệm sau:

a) Thí nghiệm 1: Cho từ từ đến hết dung dịch A vào dung dịch B

b) Thí nghiệm 2: Cho từ từ đến hết dung dịch B vào dung dịch A

Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn

 Nếu x  y: Không có khí thoát ta  nCO2  0

 Nếu y < x < (2y + z): HCl thiếu  nCO2 (xy) (mol)

 Nếu x ≥ 2y + z: các muối phản ứng hết  nCO2 (yz) (mol)

a) Cho từ từ B vào A:

Tỉ lệ số mol các muối phản ứng bằng tỉ lệ số mol các muối đó ban đầu

16

Từ (1) và (2) ta có sơ đồ hợp thức:

yNa2CO3 + zNaHCO3 + (2y + z) HCl  (y + z) CO2 

 Nếu x < 2y + z: HCl thiếu, số mol CO2 tính theo số mol HCl

B Rót từ từ đến hết dung dịch A vào dung dịch B thì thu được dung dịch C và thoát ra V lít khí (đktc) Cho dung dịch chứa 0,13 mol Ba(OH)2 vào dung dịch C thu được m (gam) kết tủa D Biết các phản ứng đều xảy ra hoàn toàn Tính V, m

Phân tích:

Các vấn đề khó cần chú ý khi giải bài toán này là:

1 Phản ứng của CO 2 với NaOH chưa biết muối nào tạo thành

 Cách xác định: So sánh khối lượng rắn với 2 mốc vừa đủ

2 Cho từ từ 2 muối vào dung dịch axit  các muối phản ứng song song và tỉ lệ

số mol phản ứng đúng bằng tỉ lệ số mol của chúng trong dung dịch A

3 Số mol Ba(OH) 2 đề cho lớn hơn tổng số mol các gốc =SO 4 , =CO 3 , -HCO 3 nên Ba(OH) 2 dư, toàn bộ nguyên tố C, S đã chuyển vào kết tủa BaSO 4 và BaCO 3

Hướng dẫn:

– Phản ứng của CO2 với NaOH: nNaOH= 0,25 mol

Theo đề: 13,25 gam < mrắn = 14,8 gam < 21 gam

 Phản ứng tạo hỗn hợp 2 muối Na2CO3 và NaHCO3

Vậy A: 0,05 mol NaHCO3; 0,1 mol Na2CO3 B: 0,12 mol H2SO4

– Phản ứng của A với B:

So sánh hóa trị ta thấy: 0,12.2 = 0,24 < 0,05 + 0,1.2 = 0,25

 các muối cacbonat còn dư

Cho từ từ A vào B thì các muối phản ứng song song theo tỷ lệ số mol Na2CO3:

Khối lượng kết tủa: m = 0,12.233 + 0,06.197 = 39,78 gam

Bài 8: Hoà tan 4,56 gam hỗn hợp X (Na2CO3; K2CO3) vào 45,44 gam nước thu được dung dịch X Sau đó cho từ từ dung dịch HCl 3,65% vào dung dịch trên thấy thoát ra 1,1 gam khí Dung dịch thu được (dung dịch Y) cho tác dụng với nước vôi trong dư thu được 1,5 gam kết tủa

a) Tính khối lượng dung dịch HCl đã tham gia phản ứng

b) Tính nồng độ phần trăm mỗi chất trong dung dịch ban đầu

Hướng dẫn:

Tính số mol CO2 = 0,025 mol, số mol CaCO3 = 0,015 mol

Đặt công thức chung của 2 muối cacbonat là R2CO3

Cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch muối mà có giải phóng CO2 Chứng tỏ muối R2CO3 phản ứng hết

Vì dung dịch Y + Ca(OH)2 có kết tủa  Y có RHCO3 dư

0, 065.36,5.100m

3, 65

Bảo toàn khối lượng  mX 4,5645, 4450 gam

Nồng độ % của các muối trong dung dịch X:

a) Tính khối lượng mỗi muối có trong dung dịch A

b) Nếu cho từ từ toàn bộ dung dịch A vào 50 ml dung dịch HCl 3M thu được bao nhiêu lít CO2 (đktc)?

Hướng dẫn:

a) Vì phản ứng giải phóng CO2 nên muối Na2CO3 phản ứng hết

Gọi x,y lần lượt là số mol Na2CO3 và KHCO3

CO2

n (lần 2) = 0,195 (1) Mặt khác: x +

 mNa CO2 3 0,105.106 11,13 gam ; mKHCO3 0,09.100 9 gam

b) Cho từ từ A vào dung dịch HCl thì các muối phản ứng song song, tỉ lệ số mol

2 muối phản ứng bằng tỉ lệ số mol ban đầu

Ta có: Na CO2 3

KHCO3

PTHH hợp thức theo tỷ lệ số mol 2 muối:

7Na2CO3 + 6KHCO3 + 20HCl  14NaCl + 6KCl + 13H2O + 13CO2  0,15  0,0975 mol

a) Tính V và khối lượng từng muối trong dung dịch A

b) Cho dung dịch Ca(OH)2 vào dung dịch A thu được m gam kết tủa Tính m

 0,1 + nKHCO3= 0,25 + 0,15  nKHCO3= 0,3 mol

a) Khối lượng mỗi muối trong dung dịch A:

Thể tích CO2: V = 0,15.22,4 = 3,36 lít

b) Tác dụng của A với Ca(OH)2

KHCO3 + Ca(OH)2  CaCO3  + KOH + H2O

K2CO3 + Ca(OH)2  CaCO3  + 2KOH

2 phần bằng nhau Cho từ từ phần I vào 200 ml dung dịch HCl 0,6M thu được 0,075 mol CO2 Mặt khác, cho từ từ 200 ml HCl 0,6M vào phần II thu được 0,06 mol CO2

– So sánh số mol nhóm OH (trong X) với số mol Al (trong muối sunfat) ta xác định được sản phẩm của phản ứng

Hướng dẫn:

– Tác dụng của hỗn hợp với nước:

– Phần 2: Tính số mol CO2 = 0,075 mol; số mol HCl = 0,12 mol

Cho từ từ dung dịch HCl vào Y có thoát khí  Na2CO3 hết

Bảo toàn số mol C  nBaCO3 0,160,060,040, 06 mol

a) Khối lượng kết tủa BaCO3: m2 = 0,06.197 = 11,82 (gam)

Bảo toàn số mol Na, Ba  X:

2

NaOH :Ba(OH) :

0,32 mol 0,12 mol

Khối lượng kết tủa: m3 = 0,12.233 + 0,15 – 0,11).78 = 31,08 gam

 Lưu ý: Học sinh có thể tính m 1 bằng cách tính số mol nguyên tố oxi trong hỗn hợp, bằng phân tích hệ số (hoặc sử dụng quy đổi, sử dụng quy tắc hóa trị…)

22

Bài 12: Hấp thụ hoàn toàn V1 lít CO2 (đktc) vào trong V2 ml dung dịch ROH 2M (R

là kim loại kiềm) thu được dung dịch X Làm bay hơi dung dịch X thì thu được 11,714 gam hỗn hợp muối khan Y Mặt khác, nếu cho từ từ dung dịch chứa 0,1 mol HCl vào dung dịch X thì thấy thoát ra 1,0528 lít CO2 (đktc) và dung dịch Z Cho nước vôi trong dư vào dung dịch Z thì thấy có 5 gam kết tủa Biết các phản ứng xảy

ra hoàn toàn Xác định kim loại R và tính giá trị V1, V2

Phân tích:

Dung dịch Y chứa số mol HCO 3 bằng tổng số mol HCO 3 ban đầu