Dạng 2: Bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm - Chuyên đề Hóa 11
A. Phương pháp giải & Ví dụ minh họa
1. Bài toán thuận:
Cho chất tham gia hỏi sản phẩm.
- Các phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra
CO2 + OH- → HCO3-
CO2 + 2OH- → CO32- + H2O
Đặt T = nOH- / nCO2:
+ Nếu T ≤ 1 → tạo muối duy nhất HCO3-
+ Nếu 1 < T < 2 → tạo hỗn hợp hai muối HCO3- và CO32-
+ Nếu T ≥ 2 → tạo muối duy nhất CO32-
- Xác định sản phẩm nào được tạo thành bằng các tính giá trị T.
- Nếu tạo thành hỗn hợp 2 muối thường ta giải bằng cách lập hệ phương trình hoặc sử dụng bảo toàn nguyên tố.
Chú ý: Có những bài toán không thể tính T. Khi đó ta phải dựa vào những dữ kiện phụ để tìm ra khả năng tạo muối.
- Hấp thụ CO2 vào NaOH dư (KOH dư) chỉ tạo muối trung hòa Na2CO3 (K2CO3)
- Hấp thụ CO2 vào NaOH chỉ tạo muối Na2CO3, Sau đó, thêm BaCl2 vào thấy kết tủa. Thêm tiếp Ba (OH)2 dư vào thấy xuất hiện thêm kết tủa nữa → Tạo cả 2 muối Na2CO3 và NaHCO3
- Chất hấp thụ vào bình NaOH tăng:
m bình tăng = m dung dịch tăng = m chất hấp thụ (CO2 + H2O có thể có)
Hoặc với trường hợp tác dụng với Ca (OH)2, Ba (OH)2:
- Hấp thụ CO2 vào nước vôi dư thì chỉ tạo muối CaCO3
- Hấp thụ CO2 vào nước vôi trong thấy có kết tủa, thêm NaOH dư vào thấy có kết tủa nữa suy ra có sự tạo cả CaCO3 và Ca (HCO3)2
- Hấp thụ CO2 vào nước vôi trong thấy có kết tủa, lọc bỏ kết tủa rồi đun nóng nước lọc lại thấy kết tủa nữa suy ra có sự tạo cả CaCO3 và Ca (HCO3)2.
- Sự tăng giảm khối lượng dung dịch: Khi cho sản phẩm cháy vào bình Ca (OH)2 hay Ba (OH)2
m bình tăng = m hấp thụ
m dd tăng = m hấp thụ - m kết tủa
m dd giảm = m kết tủa – m hấp thụ
Bài 1: Sục 4,48l khí CO2 (đktc) vào 500ml dd NaOH 0,1M và Ba (OH)2 0,2M. Tính m kết tủa thu được?
Bài giải:
nCO2 = 0,2 mol, nOH- = 0,25 mol, nBa2+ = 0,1 mol
CO2 + 2OH- → CO32- + H2O
0,125 0,25 → 0,125
CO2 + CO32- + H2O → 2HCO3-
0,075 → 0,075 → 1,5
nCO32- = 0,05mol
Ba2+ + CO32- → BaCO3
0,05 0,05
⇒ m↓ = 0,05.197 = 9,85g
Bài 2: Cho 1,344 lít khí CO2 (đktc) hấp thụ hết vào 2 lít dung dịch X chứa NaOH 0,04M và Ca (OH)2 0,02M thu được m gam kết tủa. Xác định giá trị của m.
Bài giải:
nCO2 = 1,344/22,4 = 0,06 mol;
nNaOH = 0,04.2 = 0,08 mol; nCa (OH)2 = 0,02.2 = 0,04 mol; nOH- = 0,08 + 0,04.2 = 0,16 mol
T= nOH-/nCO2 = 0,16/0,06 = 8/3 ⇒ tạo ra muối CO2-
Phương trình phản ứng:
CO2 + OH- → CO32-
0,06 0,06 mol
CO32- + Ca2+ → CaCO3↓
0,04 0,04 0,04 mol
Khối lượng kết tủa thu được: m = 0,04.100 = 4 gam
Bài 3: Sục 3,36 lít khí CO2 (đktc) vào 300ml dung dịch Ca (OH)2 0,2M và NaOH 0,3 M thu được m (g) kết tủa và dung dịch Y. Cô cạn dung dịch Y thu được m’ (g) chất rắn khan. Tìm m và m’?
Bài giải:
nCO2 = 0,15 mol, nOH- = 0,21 mol, nCa2+ = 0,06 mol
CO2 + 2OH- → CO32- + H2O
0,105 0,21 → 0,105
CO2 + CO32- + H2O → 2HCO3-
0,045 → 0,045 → 0,09
nCO32- = 0,06mol
Ca2+ + CO32- → CaCO3
0,06 0,06 0,06
⇒ m↓ = 6g
Cô cạn được mcrắn = 0,09.84 = 7,56g
2. Bài toán nghịch:
VD: Cho x mol CO2 tác dụng với a mol OH- tạo thành b kết tủa (b mol muối trung hòa). Tìm giá trị x biết a, b.
Bài giải:
Với bài toán này thì chúng ta chú ý đến giá trị a, b.
- Nếu a = 2b thì bài toán rất đơn giản x = b
- Nếu a > 2b thì bài toán có thể có 2 đáp số vì xảy ra 2 trường hợp
+ Trường hợp 1: OH- dư, tức là chỉ xảy ra phản ứng (2) => x= b
+ Trường hợp 2: Xảy ra cả 2 phản ứng (1), (2) => x= a – b
Ví dụ minh họa
Bài 1: Thổi V lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dung dịch Ca (OH)2 1M thu được 6g kết tủa. Lọc kết tủa đun nóng dung dịch lại thấy có kết tủa nữa. Tìm V?
Bài giải:
Dung dịch sau phản ứng ↓ ⇒ có Ca (HCO3)2 taọ thành
Theo định luật BTNT Ca ta có: 0,1 = 0,06 + nCa (HCO3)2
⇒ nCa (HCO3)2 = 0,04 mol
nCO2= nCaCO3 + 2. nCa (HCO3)2 = 0,14 mol
VCO2 = 3,136 l
Bài 2: Cho V lít CO2 (đktc) tác dụng 500ml dung dịch Ca (OH)2 0,5M tạo thành 10 gam kết tủa. Tính giá trị của V?
Bài giải:
nOH- = 0,25 mol
nCaCO3 = 0,1 mol
Trường hợp 1: nCO2 = n↓ = 0,1 mol
Thể tích CO2 tham gia phản ứng là: V = 0,1.22,4 = 2,24 lít
Trường hợp 1: nCaCO3 < nCa (OH)2 ⇒ tạo thành 2 muối của CO32- và HCO3-
nCO2 = 0,25 – 0,1 = 0,15 ⇒ V = 3,36 lit
Vậy giá trị của V là 2,24 lít hoặc 3,36 lít
B. Bài tập trắc nghiệm
Bài 1: Sục khí CO2 vào dung dịch nước vôi trong, hiện tượng xảy ra:
A. Có kết tủa ngay, lượng kết tủa tăng dần qua một cực đại rồi sau đó tan trở lại hết.
B. Một lúc mới có kết tủa, lượng kết tủa tăng dần qua một cực đại rồi lại giảm.
C. Có kết tủa ngay, nhưng kết tủa tan trở lại ngay sau khi xuất hiện.
D. Có kết tủa ngay, lượng kết tủa tăng dần đến một giá trị không đổi.
Đáp án: A
Bài 2: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít CO2 (đktc) vào dung dịch nước vôi trong có chứa 0,25 mol Ca (OH)2. Sản phẩm muối thu được sau phản ứng gồm?
A. Chỉ có CaCO3
B. Chỉ có Ca (HCO3)2
C. Cả CaCO3 và Ca (HCO3)2
D. Không có cả 2 chất CaCO3 và Ca (HCO3)2
Đáp án: A
T = 0,5/0,1 = 5 ⇒ chỉ tạo muối của CO32-
Bài 3: Hấp thụ hoàn toàn 0,672 lít CO2 (đktc) vào 2 lít Ca (OH)2 0,01M thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là
A. 1g. B. 1,5g C. 2g D. 2,5g
Đáp án: A
T = 0,04/0,03 = 4/3 ⇒ tạo 2 muối: Ca (HCO3)2 x mol và CaCO3 y mol
Ta có: x + 2y = 0,03 mol và x + y = 0,02 mol ⇒ x= 0,01 và y = 0,01⇒ m =0,01.100 =1g
Bài 4: Sục 2,24 lít (đktc) CO2 vào 100ml hỗn hợp dung dịch gồm KOH 1M và Ba (OH)2 0,75M. Sau khi khí bị hấp thụ hoàn toàn thấy tạo m gam kết tủa. Tính m
A.19,7g B. 14,775g. C. 23,64g D. 16,745g
Đáp án: B
T = 0,25/0,1 = 2,5 ⇒ tạo muối của CO32- ⇒ nCO32- = 0,1 mol; nBa2+ = 0,075 mol ⇒ mBaCO3 = 0,075.197 = 14,775 gam
Bài 5: Thổi V lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dd Ca (OH)2 thu được 6g kết tủa. Lọc kết tủa đun nóng dd lại thấy có 4 gam kết tủa nữa. Giá trị của V là:
A. 2,24 lít B. 2,688 lít C.6,72 lít D. 10,08 lít
Đáp án: B
CO2 tác dụng với Ca (OH)2 tạo 2 loại muối là CaCO3 và Ca (HCO3)2; nCaCO3 = 0,06 mol; nCa (HCO3)2 = 0,04 mol ⇒ nCO2 = 0,06 + 0,04.2 = 0,12 mol ⇒ V = 2,688 lít
Bài 6: Hấp thụ hoàn toàn 27,552 lít (đktc) CO2 vào m gam dd Ba (OH)2 34,2%, phản ứng hoàn toàn thu được 175,33 gam kết tủa. Giá trị m là:
A. 1060 B. 265 C. 530 D. 2120
Đáp án: C
nCO2 = 27,552/22,4 = 1,23 mol; n↓ = 175,33/197 = 0,89 mol; nOH- = nCO2 + n↓ = 1,23 + 0,89 = 2,12 mol; nBa (OH)2 = 2,12/2 = 1,06 mol ⇒ mdd = 1,06.171.100/34,2 = 530 gam.
Bài 7: A là hh khí gồm CO2, SO2. dA/ H2 = 27. Dẫn a mol hh khí A qua bình đựng 1 lít dd NaOH 1,5aM. Sau phản ứng cô cạn cẩn thận dd thu được m (g) muối khan. Tìm m theo a?
A. 80a B. 105a C. 94a D. 103a
Đáp án: B
Gọi CT chung của 2 oxit MO2 → MMO2 = 54 ⇒ M = 22
PP nối tiếp
MO2 + 2NaOH → Na2MO3 + H2O
0,75a 1,5a → 0,75a
MO2 + Na2CO3 + H2O → 2NaHCO3
0,25a → 0,25a
Sau phản ứng
⇒ m = 0,5a. (46 + 22 + 48) + 0,5a. (24+22+48) = 105a
Bài 8: Sục V lít CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch X gồm Ba (OH)2 1M và NaOH 1M. Sau phản ứng thu được 19,7 gam kết tủa. Giá trị của V là?
A. 2,24 hoặc 4,48 B. 2,24 hoặc 11,2
C. 6,72 hoặc 4,48 D. 5,6 hoặc 11,2.
Đáp án: B
Trường hợp 1: CO2 hết, Ba (OH)2 dư ⇒ V = 2,24 lít
Trường hợp 2: CO2 hết, Ba (OH)2 hết
⇒ V = 11,2 lít