5 dạng bài tập về Cacbon, Silic trong đề thi Đại học có giải chi tiết - Chuyên đề Hóa 11

Dạng 1: Khử oxit kim loại bằng CO và C

Phương pháp giải:

- Các oxit của kim loại (đứng sau Al) bị khử bởi CO (hoặc C) → Kim loại + CO₂

- Định luật bảo toàn nguyên tố: CO + O_(oxit) → CO₂

C + 2O_(oxit) → CO₂

Ta có: n_{O (oxit)} = n_CO = n_CO2

n_C = n_CO2 = 2n_{O (oxit)}

- Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để giải toán.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Khử 32g Fe₂O₃ bằng CO dư, sản phẩm thu được cho vào bình đựng nước vôi trong dư thu được a gam kết tủa. Giá trị của a là?

A. 20g B. 40g C. 60g D. 80g

Bài giải:

Ta có: n_Fe2O3 = 0,2 mol

PTPƯ:

CO + O (oxit) → CO₂

Ta có: n_CO2 = n_{O (oxit)} = 3n_Fe2O3 = 0,6 mol

n_CaCO3 = n_CO2 = 0,6 mol

m↓ = m_CaCO3 = a = 0,6.100 = 60g

⇒ Đáp án đúng là: C

Ví dụ 2: Cho 4,48 lít khí CO (ở đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO₂ trong hỗn hợp khí sau phản ứng.

A. Fe₂O₃; 65%.

B. Fe₃O₄; 75%.

C. FeO; 75%.

D. Fe₂O₃; 75%

Bài giải:

Ta có: n_CO = 0,2 mol

Hỗn hợp khí có M = 2.20 = 40 ⇒ Khí thu được gồm CO và CO₂, oxit sắt hết

Theo định luật bảo toàn C ta có: n_{khí sau} = n _CO2 + n _{CO dư} = n _{CO bđ} = 0,2 mol

Sử dụng sơ đồ đường chéo ⇒ n_CO2 = 0,15mol; n_{CO dư} = 0,05 mol

%V_CO2 = 0,15/0,2.100% = 75%

n_{O (oxit)} = n _CO2 = 0,15 mol

m _{Fe (oxit)} = m _oxit – m _O = 8 – 0,15.16 = 5,6g

⇒ nFe = 0,1 mol

n_Fe: n_O = 0,1: 0,15 = 2: 3

⇒ oxit sắt là: Fe₂O₃

⇒ Đáp án đúng là: D

Dạng 2: CO₂ tác dụng với dung dịch kiềm

Phương pháp giải:

OH^- + CO₂ → CO₃^2- + H₂O (1)

OH^- + CO₂ → HCO₃^- (2)

Lập tỉ số:

Nếu: K ≥ 2: Chỉ tạo muối cacbonat (CO₃^2-), chỉ xảy ta phản ứng (1)

K≤ 1: Chỉ tạo axit (HCO₃^-), chỉ xảy ra phản ứng (2)

1< K < 2: Tạo ra hỗn hợp muối (HCO₃^- và CO₃^2-) xảy ra cả 2 phản ứng (1) và (2)

Với dạng bài này thường sử dụng đồ thị để biểu diễn mỗi quan hệ giữa số mol kết tủa hoặc số mol OH^- với số mol CO₂

Chú ý: Với những bài toàn không tính được K, ta phải dựa vào dữ kiện đề bài để tìm ra khả năng tạo muối như:

+ Hấp thu CO₂ vào chỉ dung dịch bazơ dư ⇒ chỉ tạo ra muối CO₃^2-

+ Hấp thu CO₂ dư vào chỉ dung dịch bazơ ⇒ chỉ tạo ra muối HCO₃^-

+ Nếu dung dịch sau phản ứng thêm OH^- vào lại sinh ra CO₃^2- (hoặc đun nóng) ⇒ Trong dung dịch có HCO₃^-:

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2-

2HCO₃^{- t℃} → CO₃^2- + CO₂ + H₂O

+ Nếu bài toán không cho bất kì dữ liệu nào thì phải chia trường hợp để giải.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hấp thụ hoàn toàn 4,48l khí CO₂ ở (đktc) vào 500ml 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:

A. 19,70 B. 17,73 C. 9,85 D. 11,82

Bài giải:

n_CO2 = 0,2 mol; n_OH- = n _NaOH + 2n_{Ba (OH)2} = 0,25 mol

1< n_OH-: n_CO2 < 2 ⇒ Tạo hỗn hợp muối CO₃^2- và HCO₃^-

CO₂ + OH^- → HCO₃^- (1)

x x x (mol)

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- (2)

y 2y y (mol)

n_CO2 = x + y = 0,2

n_OH- = x + 2y = 0,25

⇒ x = 0,15; y = 0,05

Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃

0,1 0,05 (mol)

⇒ Ba²⁺ dư

⇒ n _BaCO3 = n _CO3^2- = 0,05⇒ m = 0,05.197 = 9,85g

⇒ Đáp án đúng là: C

Ví dụ 2: Sục a mol khí CO₂ vào dung dịch Ca (OH)₂ thu được 3g kết tủa. Lọc tách kết tủa rồi đun nóng nước lọc lại thu được thêm 2g kết tủa nữa. Giá trị của a là?

A. 0,05 mol B. 0,06 mol C. 0,07 mol D. 0,08 mol

Bài giải:

n_{CaCO3 lúc đầu} = 0,03 mol

Đun thêm nước lọc lại thu được kết tủa ⇒ trong dung dịch có muối HCO₃^-

n_{CaCO3 thêm} = n _CO32- = 0,02

2HCO₃^{- t℃} → CO₃^2- + CO₂ + H₂O

0,04 ← 0,02 (mol)

Bảo toàn C: n_CO2 = n_{CaCO3 lúc đầu} + n_HCO3- = 0,03 + 0,04 = 0,07 mol

⇒ Đáp án đúng là: C

Ví dụ 3: Sục CO₂ vào dũng dịch hỗn hợp gồm Ca (OH)₂ và KOH ta quan sát hiện tượng theo đồ thị hình bên (số liệu được tính theo đơn vị mol). Giá trị của x là?

A. 0,10 B. 0,11 C. 0,13 D. 0,12

Bài giải:

Quan sát đồ thị ta thấy số mol CO₂ = 0,15 thì kết tủa max

⇒ n_{Ca (OH)2} = n_{CaCO3 max} = 0,15 mol

n_{CO2 hòa tan kết tủa} = 0,5 – 0,45 = 0,05 mol

CO₂ + H₂O + CaCO₃ → Ca (HCO₃)₂

0,05 → 0,05 (mol)

⇒ n_{CaCO3 bị hòa tan} = 0,05 mol

⇒ n_{CaCO3 còn lại} = x = 0,15 – 0,05 = 0,1 mol

⇒ Đáp án đúng là: A

Dạng 3: Bài tập về muối cacbonat và hiđrocacbonat tác dụng với dung dịch axit

Phương pháp giải:

- Khi cho từ từ HCl vào hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat phản ứng xảy ra theo trình tự:

Đầu tiên: H⁺ + CO₃^2- → HCO₃^-

Sau đó: H⁺ + HCO₃^- → CO₂ + H₂O

- Khi cho từ từ hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat vào dung dịch HCl, xảy ra đồng thời theo đúng tỉ lệ của 2 muối để tạo khí CO₂

- Khi đổ nhanh dung dịch H⁺ vào hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat, H+ bị thiếu thì ta chỉ tính được khoảng thể tích khí H₂ thoát ra, không tính được chính xác. Tìm khoảng thể tích bằng cách xét trường hợp:

+ Trường hợp 1: H⁺ + CO₃^2- trước, HCO₃^- sau ⇒ Thu được V₁ lít CO₂

+ Trường hợp 2: H⁺ + HCO₃^- trước, CO₃^2- sau⇒ Thu được V₂ lít CO₂

⇒ V₁ < V_CO2 < V₂

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 30ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch chưa Na₂CO₃ 0,2M và NaHCO₃ 0,2M, sau phản ứng thu được số mol CO₂ là?

A. 0,03 B. 0,01 C. 0,02 D. 0,015

Bài giải:

n_HCl = 0,03 mol; n_Na2CO3 = 0,02 mol; n_NaHCO3 = 0,02 mol

Khi cho từ từ HCl vào dung dịch xảy ra phản ứng theo thứ tự:

H⁺ + CO₃^2- → HCO₃^-

0,02 0,02 0,02 (mol)

n_{H⁺ còn} = 0,01 mol; n_HCO3^2- = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol

H⁺ + HCO₃^- → CO₂ + H₂O

0,01 0,04

⇒ n_CO2 = n_H+ = 0,01 mol

⇒ Đáp án đúng là: B

Ví dụ 2: Nhỏ từ từ 200ml dung dịch X (K2CO₃ 1M và NaHCO₃ 0,5M) vào 200ml dung dịch HCl 2M thì thể tích khí CO₂ thu được là?

A. 4,48l B. 5,376l C. 8,96l D. 4,48l

Bài giải:

n_CO3^2- = 0,2 mol; n _HCO3^- = 0,1 mol; n _H⁺ = 0,4 mol

n _CO3^2-: n _HCO3^- = 2: 1

⇒ 5H⁺ + 2CO₃^2- + HCO₃^- → 3CO₂ + 3H₂O

0,4 0,2 0,1

⇒ H⁺ hết; n _CO2 = 3/5 n_H+ = 0,24 ⇒ V _CO2 = 5,376 lít

⇒ Đáp án đúng là: B

Ví dụ 3: Cho đồng thời 1 lít dung dịch HCl 2M, vào 1 lít dung dịch hỗn hợp Na₂CO₃ 1M và NaHCO₃ 1M. Đến khi phản ứng hoàn toàn thu được V lít khí (đktc). Giá trị của V là:

A. 33,6 B. 22,4 ≤ V ≤ 33,6 C. 33,6 D. Kết quả khác

Bài giải:

n_H+ = 2 mol; n_Na2CO3 = 1 mol; n_NaHCO3 = 1 mol

Trường hợp 1: H+ phản ứng với Na₂CO₃ trước

2H⁺ + CO₃^2- → CO₂ + H₂O

2 ← 1 → 1(mol)

H⁺ phản ứng vừa đủ với CO₃^2- ⇒ V_CO2 = 1.22,4 = 22,4 lít

Trường hợp 2: H⁺ phản ứng với HCO₃^- trước

H⁺ + HCO₃^- → CO₂ + H₂O

1 ← 1 → 1 (mol)

⇒ H⁺ dư = 1 mol

2H⁺ + CO₃^2- → CO₂ + H₂O

1 → 0,5 → 0,5 (mol)

⇒ V_CO2 = (0,5 + 1).22,4 = 33,6 lít

⇒ 22,4 ≤ V ≤ 33,6

⇒ Đáp án đúng là: B

Dạng 4: Nhiệt phân muối cacbonat

Phương pháp:

Phản ứng nhiệt phân:

2HCO₃^{- to}→ CO₃^2- + CO₂ + H₂O

M (CO₃)₂ ^to→ MO + CO₂

Lưu ý: Muối cacbonat của kim loại kiềm không bị nhiệt phân hủy.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Nung nóng 100g hỗn hợp NaHCO₃ và Na₂CO₃ đến khối lượng không đổi thu được 69kg hỗn hợp rắn. % khối lượng của NaHCO₃ trong hỗn hợp là?

A. 80% B. 70% C. 80,66% D. 84%

Bài giải:

Ta có PTPƯ:

2NaHCO₃ ^to→ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

x 0,5x 0,5x (mol)

m_{c/r giảm} = m_CO2 + m_H2O = 31x = 100 – 69 = 31 => x = 1 mol

%m_NaHCO3 = 1.84/100.100% = 84%

⇒ Đáp án đúng là: D

Ví dụ 2: X là một loại đá vôi chứa 80% CaCO₃ phần còn lại là tạp chất trơ. Nung 50g X một thời gian thu được 39g chất rắn. %CaCO₃ bị phân hủy là?

A. 50,5% B. 60% C. 62,5% D. 65%

Bài giải:

Ta có: m_CaCO3 = 50.80% = 40g

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:

m _{c/rắn giảm} = m _CO2 = 11g

CaCO₃ ^to→ CaO + CO₂

100g 44g

11.100/44 = 25g ← 11g

⇒%m_{CaCO3 bị thủy phân} = 25/40.100% = 62,5%

⇒ Đáp án đúng là: C

Dạng 5: Bài tập về silic và hợp chất của silic

Phương pháp:

+ Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂

+ SiO₂ + 2NaOH ^to→ Na₂SiO₃ + H₂O

+ SiO₂ + Na₂CO₃ ^to→ Na₂SiO₃ + H₂O

+ SiO₂ + 4HF → SiF₄ + 2H₂O ⇒ Không đựng axit HF trong bình thủy tinh

H₂SiO₃ < H₂CO₃

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Đun nóng 2,5 gam hỗn hợp gồm silic và cacbon với dung dịch kiềm đặc, nóng thu được 1,4 lít H₂(đktc). Thành phần % theo khối lượng của cacbon trong hỗn hợp là:

A. 30,0%. B. 65,0%. C. 70,0%. D. 35,0%.

Bài giải:

n_H2 = 0,0625 mol

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂

0,03125 ← 0,0625 (mol)

%m_Si = 0,03125.28/2,5.100% = 35%

⇒ % m_C = 100% - 35% = 65%

⇒ Đáp án đúng là: B

Ví dụ 2: Một loại thủy tinh thường chứa 9,62% Na; 8,37% Ca; 35,15% Si còn lại là oxi. Thành phần của thủy tinh dưới dạng oxit là:

A. Na₂O. CaO. 5SiO₂

B. Na₂O. 2CaO. 5SiO₂

C. 2Na₂O. CaO. 14SiO₂

C. Na₂O. CaO. 6SiO₂

Bài giải:

Gọi công thức của thủy tinh là: xNa₂O. yCaO. zSiO₂

n_Na: n _Ca: n _Si = 2x: y: z = (%m_Na)/23 = (%m_Ca)/40= (%m_Si)/28 = 2: 1: 6

⇒ x: y: z = 1: 1: 6

⇒ Đáp án đúng là: C

Ví dụ 3: Nung nóng hỗn hợp gồm 3 gam Mg và 3g SiO₂, sau đó cho hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với NaOH đặc, giả sử hiệu suất đạt 100%. Thể tích khí (đktc) thu được là:

A. 1,12 lít

B. 2,24 lít

C. 2,8 lít

D. 0,56 lít

Bài giải:

n_Mg = 0,125 mol; n_SiO2 = 0,05 mol

2Mg + SiO₂ → 2MgO + Si

0,1 ← 0,05 → 0,05 (mol)

⇒ Mg dư

Si + 2NaOH+ H₂O → Na₂SiO₃ + 2H₂

0,05 → 0,1 (mol)

V_khí = 0,1.22,4 = 2,24 lít

⇒ Đáp án đúng là: B