Phương pháp giải bài tập kim loại kiềm và kiềm thổ tác dụng với nước
Phương pháp giải bài tập kim loại kiềm và kiềm thổ tác dụng với nước
Dạng 1: Hỗn hợp kim loại tác dụng với nước
- Gồm: kim loại kiềm và Ba, Ca, Sr
+ Kim loại kiềm:
2M + 2H2O → 2MOH + H2
+ Kim loại kiềm thổ:
M + 2H2O → M(OH)2 + H2
- PTTQ: 2M + 2nH2O → 2M(OH)n + nH2
Quá trình phản ứng của nước: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
Nhận xét:
Dung dịch sinh ra tác dụng với axit: H+ + OH- → H2O
nH+ trung hòa = nOH- = 2nH2
Trung hòa bằng HCl: ${{n}_{HCl}}=\text{ }{{n}_{O{{H}^{-}}}}=2{{n}_{{{H}_{2}}}}$
Trung hòa bằng H2SO4: ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=\text{ }{{n}_{{{H}_{2}}}}$
Dạng 2: Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch chất điện li
(1) Nếu trong dung dịch có H+ thì H+ tác dụng đầu tiên với kim loại: 2H+ + 2e → H2
(2) Khi H+ hết thì kim loại tan trong nước: 2H2O + 2e → H2 + 2OH-
(3) Sau đó, kiềm sinh ra phản ứng với muối tạo kết tủa
nOH- + Rn+ → R(OH)n
M2+ + SO42- → MSO4↓ (với M là Ba hoặc Ca)
Quan hệ số mol
- Nếu $2{{n}_{{{H}_{2}}}}<{{n}_{{{h}^{+}}}}$bđầu => H+ dư: nH+ dư = nH+ đầu – 2nH2
- Nếu $2{{n}_{{{H}_{2}}}}\text{= }{{n}_{{{H}^{+}}}}$ bđầu => H+ vừa hết
- Nếu $2{{n}_{{{H}_{2}}}}\text{ > }{{n}_{{{H}^{+}}}}$bđầu => kim loại tan trong H+ và trong H2O => dung dịch sau phản ứng có OH-
=> ${{n}_{O{{H}^{-}}}}=\text{ }2{{n}_{{{H}_{2}}}}\text{ + }{{n}_{{{H}^{+}}}}$bđầu
Bài viết gợi ý:
Dạng toán hỗn hợp kim loại tác dụng với nước và bazơ
Kim loại tác dụng với nước và bazơ là một trong những dạng bài hay về kim loại.
Mời các bạn học sinh tham khảo thêm:
Trắc nghiệm lý thuyết nhôm
Cùng bắt tay vào giải quyết bài toán dạng này để thấy được điều thú vị về tính chất của các kim loại trong dãy hoạt động hóa học
– Dãy được sắp xếp theo chiều giảm dần tính hoạt động hoá học (từ trái sang phải)
– Một số kim loại vừa tác dụng được với axit và với nước: K, Na, Ba, Ca
– Kim loại + H2O —-> Dung dịch bazơ + H2
– Kim loại vừa tác dụng với axit, vừa tác dụng với bazơ: (Be), Al, Zn, Cr
2A + 2(4 – n)NaOH + 2(n – 2)H2O —> 2Na4 – nAO2 + nH2
Ví dụ:
2Al + 2NaOH + 2H2O —-> 2NaAlO2+ 3H2
2Al + Ba(OH)2 + 2H2O —-> Ba(AlO2)2 + 3H2
Zn + 2NaOH —> Na2ZnO2 + H2
Zn + Ba(OH)2 —> BaZnO2 + H2
– Kim loại đứng trước H tác dụng với dung dịch axit HCl, H2SO4 loãng tạo muối và giải phóng H2.
Kim loại + Axit —-> Muối + H2
Lưu ý: Kim loại trong muối có hoá trị thấp (đối với kim loại đa hoá trị)
– Kể từ Mg trở đi kim loại đứng trước đẩy được kim loại đứng sau ra khỏi muối của chúng. theo quy tắc:
Chất khử mạnh + chất oxi hóa mạnh chất oxi hoá yếu + chất khử yếu.
Lưu ý: những kim loại đầu dãy (kim loại tác dụng được với nước) thì không tuân theo quy tắc trên mà nó xảy ra theo các bước sau:
Kim loại kiềm (hoặc kiềm thổ) + H2O Dung dịch bazơ + H2
Sau đó:
Dung dịch bazơ + dung dịch muối Muối mới + Bazơ mới (*)
Điều kiện(*): Chất tạo thành phải có ít nhất 1 chất kết tủa (không tan).
Dạng toán hỗn hợp kim loại tác dụng với nước và bazơ
VD: cho Ba vào dung dịch CuSO4.
Trước tiên: Ba + 2H2O Ba(OH)2 + H2
Sau đó:
Ba(OH)2 + CuSO4 Cu(OH)2 + BaSO4
Đặc biệt: Cu + 2FeCl3 —> CuCl2 + 2FeCl2
Cu + Fe2(SO4)3 —> CuSO4 + 2FeSO4
II. BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1: Hoà tan hoàn toàn 17,2g hỗn hợp gồm kim loại kiềm A và oxit của nó vào 1600g nước được dung dịch B. Cô cạn dung dịch B được 22,4g hiđroxit kim loại khan.
a/ Tìm kim loại và thành phần % theo khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp.
b/ Tính thể tích dung dịch H2SO4 0,5M cần dùng để trung hoà dung dịc B.
Bài 2: Hoà tan hoàn toàn 3,1g hỗn hợp 2 kim loại kiềm trong nước thu được dung dịch A. Để trung hoà dung dịch A phải dùng 50ml dung dịch HCl 2M, sau phản ứng thu được dung dịch B.
a/ Nếu cô cạn dung dịch B thì sẽ thu được bao nhiêu gam hỗn hợp muối khan?
b/ Xác định 2 kim loại kiềm trên, biết rằng tỉ lệ số mol của chúng trong hỗn hợp là 1 : 1.
Bài 3: Cho 6,2g hỗn hợp 2 kim loại kiềm thuộc 2 chu kỳ liên tiếp trong bảng tuần hoàn phản ứng với H2O dư, thu được 2,24 lit khí (đktc) và dung dịch A.
a/ Tính thành phần % về khối lượng từng kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
b/ Sục CO2 vào dung dịch A thu được dung dịch B. Cho B phản ứng với BaCl2 dư thu được 19,7g kết tủa. Tính thể tích khí CO2 đã bị hấp thụ.
Bài 4: Hai kim loại kiềm A và B có khối lượng bằng nhau. Cho 17,94g hỗn hợp A và B tan hoàn toàn trong 500g H2O thu được 500ml dung dịch C(d = 1,03464g/ml). Tìm A và B.
Bài 5: Một hỗn hợp X gồm 2 kim loại A, B thuộc 2 chu kì liên tiếp trong bảng tuần hoàn, có khối lượng là 8,5g. Cho X phản ứng hết với nước cho ra 3,36 lit khí H2(đktc)
a/ Xác định 2 kim loại và tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đầu.
b/ Thêm vào 8,5g hỗn hợp X trên, 1 kim loại kiềm thổ D được hỗn hợp Y, cho Y tác dụng với nước thu được dung dịch E và 4,48 lit khí H2 (đktc). Cô cạn dung dịch E ta được chất rắn Z có khối lượng là 22,15g. Xác định D và khối lượng của D.
Bài 6: Hoà tan 23g một hỗn hợp gồm Ba và 2 kim loại kiềm A, B thuộc 2 chu kỳ kế tiếp nhau trong bảng tuần hoàn vào nước thu được dung dịch D và 5,6 lit H2 (đktc).
Nếu thêm 180ml dung dịch Na2SO4 0,5M vào dung dịch D thì chưa kết tủa hết được Ba(OH)2. Nếu thêm 210ml dung dịch Na2SO4 0,5M vào dung dịch D thì dung dịch sau phản ứng còn dư Na2SO4. Xác định 2 kim loại kiềm ở trên.
III. ĐÁP ÁN VÀ LỜI GIẢI
Bài 1.
Hướng dẫn:
Gọi công thức của 2 chất đã cho là A và A2O.
a, b lần lượt là số mol của A và A2O
Viết PTHH:
Theo phương trình phản ứng ta có:
a.MA + b(2MA + 16) = 17,2 (I)
(a + 2b)(MA + 17) = 22,4 (II)
Lấy (II) – (I): 17a + 18b = 5,2 (*)
Khối lượng trung bình của hỗn hợp:
MTB = 17,2 : (a + b)
Tương đương: MTB = 18.17,2 : 18(a + b).
Nhận thấy: 18.17,2 : 18(a + b) < 18.17,2 : 17a + 18b = 18.17,2 : 5,2
—> MTB < 59,5
Ta có: MA < 59,5 < 2MA + 16 —> 21,75 < MA < 59,5.
Vậy A có thể là: Na(23) hoặc K(39).
Giải hệ PT toán học và tính toán theo yêu cầu của đề bài.
Đáp số:
a/
Với A là Na thì %Na = 2,67% và %Na2O = 97,33%
Với A là K thì %K = 45,3% và %K2O = 54,7%
b/
TH: A là Na —-> Vdd axit = 0,56 lit
TH: A là K —–> Vdd axit = 0,4 lit.
Bài 2.
Đáp số:
a/ mMuối = 6,65g
b/ 2 kim loại đó là: Na và K.
Bài 3.
Hướng dẫn:
a/ Đặt R là KHHH chung cho 2 kim loại kiềm đã cho
MR là khối lượng trung bình của 2 kim loại kiềm A và B, giả sử MA < MB
—.> MA < MR < MB .
Viết PTHH xảy ra:
Theo phương trình phản ứng:
nR = 2nH= 0,2 mol. —-> MR = 6,2 : 0,2 = 31
Theo đề ra: 2 kim loại này thuộc 2 chu kì liên tiếp, nên 2 kim loại đó là:
A là Na(23) và B là K(39)
b/ Ta có: nROH = nR = 0,2 mol
PTHH xảy ra:
CO2 + 2ROH —-> R2CO3 + H2O
CO2 + ROH —> RHCO3
Theo bài ra khi cho BaCl2 vào dung dịch B thì có kết tủa. Như vậy trong B phải có R2CO3 vì trong 2 loại muối trên thì BaCl2 chỉ phản ứng với R2CO3 mà không phản ứng với RHCO3.
BaCl2 + R2CO3 —-> BaCO3 + RCl
—> nCO = nRCO= nBaCO= 19,7 : 197 = 0,1 mol —-> VCO= 2,24 lít.
Bài 4. Học sinh tự giải
Bài 5.
Đáp số:
a/ mNa = 4,6g và mK = 3,9g.
b/ kim loại D là Ba. –> mBa = 6,85g.
Bài 6.
Đáp số: 2 kim loại kiềm là Na và K.
1. Bài tập về kim loại kiềm, kiềm thổ
Dạng 1: Kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng với phi kim
- Trong phản ứng với phi kim, kim loại kiềm thổ thể hiện tính khử mạnh:
Kim loại kiềm: M → M+ + e
Kim loại kiềm thổ: M → M2+ + 2e
- Phi kim phản ứng thể hiện tính oxi hóa: X + ne → Xn-
Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 7,2 gam kim loại M (có hoá trị không đổi trong hợp chất) trong hỗn hợp khí Cl2 và O2. Sau phản ứng thu được 23,0 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 5,6 lít (ở đktc). Kim loại M là
A. Mg. B. Ca. C. Be. D. Cu.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có: số mol khí = 5,6/22,4 = 0,25 mol
Sơ đồ phản ứng: 7,2 gam kim loại M + 5,6 lít hỗn hợp Cl2 và O2 → 23,0 gam chất rắn
Áp dụng bảo toàn khối lượng ⇒ khối lượng hỗn hợp Cl2 và O2 = 23 – 7,2 = 15,8 gam
Gọi x và y lần lượt là số mol của Cl2 và O2 ta có:
Tổng số mol x + y = 0,25 và tổng khối lượng 71x + 32y = 15,8 ⇒ x = 0,2; y = 0,05
Quá trình oxi hóa: M → Mn+ + ne
Quá trình khử Cl2 + 2e → 2Cl-
O2 + 4e → 2O2-
Áp dụng định luật bảo toàn electron ta có : n. nM = 2.nClo + 4.noxi
⇒ (7,2/M).n = 0,2.2 + 0,05.4 ⇒ n = 2; M = 24 (Mg). Đáp án A.
Dạng 2: Kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng với nước
Kim loại kiềm và kiềm thổ phản ứng mạnh với nước (trừ Be, Mg) và thể hiện tính khử, nước thể hiện tính oxi hóa sinh ra khí H2. Dung dịch thu được có môi trường kiềm.
H2O + 2e → OH- + H2↑
Ví dụ 2: Cho 3,9 gam kali vào 101,8 gam nước thu được dung dịch KOH có nồng độ % là bao nhiêu?
A. 5,31%. B. 5,20%. C. 5,30%. D. 5,50%.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có: số mol K = 0,1 mol
Phương trình phản ứng:
2K + 2H2O → 2KOH + H2 (1)
mol: 0,1 0,1 0,05
Theo (1) và áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :
mdd sau pư = khối lượng K + khối lượng H2O – khối lượng H2 = 105,6 gam
Nồng độ phần trăm của dung dịch KOH là (0,1.56)/105,6 = 5,3%. Đáp án C.
Ví dụ 3: Cho a gam kim loại M tan hết vào H2O thu được dung dịch có khối lượng lớn hơn khối lượng H2O ban đầu là 0,95a gam. M là
A. Na. B. Ba. C. Ca. D. Li.
Hướng dẫn giải
Gọi số mol M là x, khi đó x = a/M
Phương trình phản ứng
2M + 2nH2O → 2M(OH)n + nH2 (1)
mol: x (n/2)x
⇒ số mol H2 = (n/2)(a/M) = an/(2M)
Khối lượng dung dịch tăng = mM – mH2 = 0,95a
⇒ mH2 = 0,05a ⇒ số mol H2 = (n/2)x = 0,025a (mol)
⇒ x = a/M = 0,025a/(n/2) ⇒ M = 20n (với n =1,2,3 thì nghiệm hợp lí là n = 2, M =40)
⇒ M là Ca ⇒ Đáp án C.
Dạng 3: Kim loại kiềm, kiềm thổ tác dụng với dung dịch axit
Trường hợp kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng được với nước, khi cho lượng dư vào dung dịch axit, ta coi như phản ứng của kim loại với axit xảy ra trước, sau đó mới xảy ra phản ứng với nước.
Kim loại kiềm, kiềm thổ khi tác dụng với H2SO4 đặc hoặc HNO3 có khả năng tạo ra các sản phẩm khử có số oxi hóa thấp (S, N2, N2O, NH4+)
Ví dụ 4: X là kim loại thuộc nhóm IIA. Cho 1,7 gam hỗn hợp gồm kim loại X và Zn tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, sinh ra 0,672 lít khí H2 (ở đktc). Mặt khác, khi cho 1,9 gam X tác dụng với lượng dư dung dịch H2SO4 loãng, thì thể tích khí hiđro sinh ra chưa đến 1,12 lít (ở đktc). X là kim loại
A. magie. B. beri. C. canxi. D. bari.
Hướng dẫn giải
Gọi là kí hiệu tương đương của hai kim loại X và Zn có hoá trị II
+ 2HCl → + H2 (1)
0,03 mol 0,03 mol
X + H2SO4 → XSO4 + H2 (2)
<0,05 <0,05
= 1,7/0,03 = 56,67 vì MZn = 65 nên MX < 56,67
Mặt khác: MX > 1,9/0,05 = 38
⇒ X là canxi (Ca)
Ví dụ 5: Hoà tan hết 2,4gam kim loại M bằng dung dịch HNO3 dư được 0,448lít khí N2 là sản phẩm khử duy nhất đktc. Tìm M?
A. Zn B. Mg C. Al D. Ca
Hướng dẫn giải
Giả sử kim loại M có hóa trị II
Quá trình oxi hóa: M → M2+ + 2e
Quá trình khử: H+ + NO3- + 10e → N2 + H2O
Bảo toàn e có 2nM = ⇒ nM = 0,1 mol ⇒ MM = 24 gam ⇒ Mg
Dạng 4: Kim loại kiềm, kiềm thổ phản ứng với dung dịch muối
Trường hợp kim loại kiềm, kiềm thổ có khả năng phản ứng với nước, khi cho vào dung dịch muối sẽ phản ứng trước với nước tạo thành bazơ, sau đó bazơ phản ứng với muối trong dung dịch.
Trường hợp Mg phản ứng với dung dịch muối sẽ xảy ra theo quy luật dãy điện hóa.
Ví dụ 6: Cho m gam Mg vào dung dịch chứa 0,12 mol FeCl3. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 3,36 gam chất rắn. Giá trị của m là
A. 2,88. B. 2,16. C. 4,32. D. 5,04.
Hướng dẫn giải
Khi cho Mg vào dung dịch muối Fe3+, đầu tiên Mg khử Fe3+ thành Fe2+, sau đó Mg khử Fe2+ về Fe. Vậy phản ứng (1) xảy ra xong sau đó mới đến phản ứng (2).
Giả sử tất cả lượng Fe2+ chuyển hết thành Fe thì khối lượng sắt tạo thành là 6,72 gam. Trên thực tế khối lượng chất rắn thu được chỉ là 3,36 gam, suy ra Fe2+ chưa phản ứng hết, Mg đã phản ứng hết, 3,36 gam chất rắn là Fe tạo thành.
Phương trình phản ứng
Mg + 2Fe3+ → Mg2+ + 2Fe2+ (1)
mol: 0,06 0,12 0,06 0,12
Mg + Fe2+ → Mg2+ + Fe (2)
mol: 0,06 0,06 0,06 0,06
Căn cứ vào (1) và (2) suy ra : số mol Mg = 0,06+0,06 = 0,12 mol
⇒ khối lượng Mg = 0,12.24 = 2,88 gam ⇒ Đáp án A.
2. Bài tập về hợp chất kim loại kiềm, kiềm thổ
Dạng 1: CO2, SO2 phản ứng với dung dịch kiềm
3.1. Nguyên tắc
Khi sục từ từ CO2 hoặc SO2 vào dung dịch kiềm, thứ tự phản ứng xảy ra như sau:
(1) CO2 + OH- → CO32-
(2) CO2 + CO32- + H2O → HCO3-
Đặt k = số mol OH-/ số mol CO2 (hoặc k = số mol OH-/ số mol SO2)
Với k ≥ 2 : chỉ tạo muối CO32-
Với k ≤ 1 : chỉ tạo muối HCO3-
Với 1 < k < 2 : tạo cả muối HCO3- và CO32-
Trường hợp những bài toán không thể tính k, khi đó ta phải dựa vào những dữ kiện phụ để tìm ra khả năng tạo muối. Ví dụ
- Hấp thụ CO2 vào NaOH dư ⇒ chỉ tạo muối Na2CO3.
- Hấp thụ CO2 vào NaOH. 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
Trong trường hợp không có các dữ kiện trên thì chia trường hợp để giải.
3.2. Biết lượng kết tủa CaCO3, lượng Ca2+ tính thể tích CO2
- Nếu cho CO2 phản ứng với lượng Ca(OH)2 dư thì chỉ tạo muối CO32- khi đó số mol CO2 = số mol CaCO3.
- Nếu số mol CaCO3 < số mol Ca(OH)2 thì có 2 trường hợp
(1) Ca(OH)2 dư nên số mol CO2 = số mol CaCO3 và trường hợp này thể tích khí CO2 nhỏ nhất
(2) Ca(OH)2 tạo hết kết tủa sau đó kết tủa tan một phần tạo thành Ca(HCO3)2
thì số mol CO2 = 2.số mol OH- - số mol CaCO3 và trường hợp này thể tích khí CO2 lớn nhất.
3.3. Biết lượng CO2, lượng hỗn hợp NaOH và Ca(OH)2 tính lượng kết tủa.
Cần xác định được số mol Ca2+, số mol CO32-
+ Nếu số mol Ca2+ < số mol CO32- thì số mol kết tủa = số mol Ca(OH)2
+ Nếu số mol Ca2+ > số mol CO32- thì số mol kết tủa = số mol CO32-
Ví dụ 7: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí CO2 (ở đktc) vào dung dịch chứa 8 gam NaOH, thu được dung dịch X. Khối lượng muối tan có trong dung dịch X là
A. 10,6 gam. B. 5,3 gam. C. 21,2 gam. D. 15,9 gam.
Hướng dẫn giải
nCO2 = 0,1 mol
nNaOH = 0,2 mol
Ta có ⇒ Tạo muối Na2CO3
⇒ Khối lượng muối tan trong X là mNa2CO3 = 0,1.106 = 10,6 gam
Ví dụ 8: 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
A. 0,048. B. 0,032. C. 0,04. D. 0,06.
Hướng dẫn giải
Theo giả thiết ta có: số mol CO2 = 2,688/22,4 = 0,12 mol
Kết tủa là BaCO3 do đó có số mol = 15,76/ 197 = 0,08 mol
Phương trình phản ứng: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 + H2O (1)
mol: 0,08 0,08 0,08
⇒ Số mol CO2 tạo muối axit = 0,12 – 0,08 = 0,04
2CO2 + Ba(OH)2 → Ba(HCO3)2 (2)
mol: 0,04 0,02 0,02
Theo (1), (2) ⇒ số mol Ba(OH)2 = 0,08+0,02 =0,1 mol
⇒ CM Ba(OH)2 = 0,1/2,5 = 0,04 mol/lit ⇒ Đáp án C.
Ví dụ 9: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít khí CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch gồm K2CO3 0,2 M và KOH x mol/l, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y. Cho toàn bộ Y tác với dung dịch BaCl2 (dư), thu được 11,82 gam kêt tủa. Giá trị của x?
A. 1,14 B. 1,24 C. 1,4 D. 1.2
Hướng dẫn giải
Ta có sơ đồ phản ứng sau:
Ta có = 0,06 mol
Áp dụng bảo toàn nguyên tố C ta có
Áp dụng bảo toàn nguyên tố K ta có :
Dạng 2: Muối cacbonat phản ứng với axit
2.1. Cho từ từ H+ vào hỗn hợp CO32- và HCO3-
Cho từ từ dung dịch chứa ion H+ (HCl, H2SO4, HNO3) vào dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- thì phản ứng xảy ra theo thứ tự ưu tiên :
CO32- + H+ → HCO3- (1)
HCO3- + H+ → CO2 + H2O (2)
Hiện tượng phản ứng: lúc đầu không có khí, sau đó có khí không màu thoát ra.
Bài toán thuộc dạng lượng dư - lượng hết. ⇒ Phương pháp giải : Viết phương trình dạng ion rút gọn, xác định chính xác chất phản ứng hết , chất còn dư, tính theo lượng chất phản ứng hết.
2.2. Cho từ từ H+ vào hỗn hợp CO32- và HCO3-
Cho từ từ dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- vào dung dịch chứa ion H+ (HCl, H2SO4, HNO3) thì phản ứng xảy ra đồng thời theo đúng tỉ lệ mol của các ion CO32- và HCO3- có trong dung dịch.
Phản ứng (1) và (2) xảy ra đồng thời.
Lưu ý:
- Trong dạng bài tập này thì lượng H+ mà đề bài cho thường không đủ để chuyển hết các ion CO32- và HCO3- thành CO2 nên cho từ từ dung dịch chứa ion H+ (HCl, H2SO4, HNO3)vào dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- và làm ngược lại thì sẽ thu được lượng CO2 khác nhau.
- Trong trường hợp axit dư thì: CO32- + 2H+ → CO2 + H2O (1)
HCO3- + H+ → CO2 + H2O (2)
Ví dụ 10: Cho từ từ đến hết dung dịch chứa 0,48 mol HCl vào dung dịch X chứa đồng thời x mol Na2CO3 và 0,2 mol NaHCO3. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 4,032 lít CO2 (đktc). Giá trị của x là
A. 0,15. B. 0,28. C.0,14. D.0,30.
Hướng dẫn giải
Thứ tự và lượng chất phản ứng như sau
Ví dụ 11: Hoà tan hoàn toàn 4 gam hỗn hợp MCO3 và M’CO3 vào dung dịch HCl thấy thoát ra V lít khí (đktc). Dung dịch thu được đem cô cạn thu được 5,1 gam muối khan. Giá trị của V là
A. 1,12 lít. B. 1,68 lít. C. 2,24 lít. D. 3,36 lít.
Hướng dẫn giải
Đặt công thức trung bình của hai muối cacbonat là
Phương trình phản ứng :
+ 2HCl → + CO2 + H2O (1)
mol: x x x
Theo (1) ta thấy sau phản ứng khối lượng muối tăng là do muối clorua sinh ra có khối lượng lớn hơn khối lượng muối cacbonat ban đầu.
Ta có : (M + 71)x – (M + 60)x = 5,1 – 4
⇒ x = 0,1 mol
⇒ VCO2 = 0,1.22,4 = 2,24 lít ⇒ Đáp án C.
Ví dụ 12: Thêm từ từ đến hết dung dịch chứa 0,2 mol KHCO3 và 0,1 mol K2CO3 vào dung dịch chứa 0,3 mol HCl. Thể tích khí CO2 (đktc) thu được là
A. 4,48 lít. B. 5,04 lít. C. 3,36 lít. D. 6,72 lít.
Hướng dẫn giải
Để phản ứng hết với các muối KHCO3 và K2CO3 thì lượng HCl cần dùng là
0,02 + 0,1.2= 0,4 mol > 0,3 mol ⇒ HCl thiếu, lượng CO2 tính theo HCl.
Theo giả thiết ta có số mol HCO3- : số mol CO32- = 2:1
Do đó ta gọi số mol củacác ion HCO3- và CO32- tham gia phản ứng là 2x và x.
Khi cho từ từ dung dịch chứa các ion CO32- và HCO3- vào dung dịch chứa ion H+ thì phản ứng xảy ra đồng thời (1) và (2):
CO32- + 2H+ → CO2 + H2O (1)
mol: x 2x x
HCO3- + H+ → CO2 + H2O (2)
mol 2x 2x 2x
⇒ số mol H+ = 4x = 0,3 ⇒ x 0,075 ⇒ VCO2 = 3x.22,4 = 5,04 lit
⇒ Đáp án B.
Dạng 3: P2O5, H3PO4 phản ứng với dung dịch kiềm
3.1. H3PO4 tác dụng với kiềm
Tính tỉ lệ số mol OH- / số mol axit để từ đó xác định sản phẩm sinh ra trong phản ứng.
Phương trình phản ứng là một trong các trường hợp sau:
+ Nếu số mol NaOH- ≤ số mol H3PO4 thì xảy ra
NaOH + H3PO4 → NaH2PO4 + 2H2O (1)
+ Nếu số mol NaOH- = 1/2 số mol H3PO4 thì xảy ra
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O (2)
+ Nếu số mol NaOH- ≥ 1/3 số mol H3PO4 thì xảy ra
3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O (3)
3.2. P2O5 tác dụng với kiềm
Đối với P2O5 thì ta coi như P2O5 + 3H2O → 2H3PO4 sau đó làm như cách trên.
Ví dụ 13: Cho 200 ml dung dịch NaOH 1M tác dụng với 200 ml dung dịch H3PO4 0,5M, muối thu được có khối lượng là
A. 14,2 gam. B. 15,8 gam. C.16,4 gam. D.11,9 gam.
Hướng dẫn giải
Ta có: số mol NaOH = 0,2.1 = 0,2 mol
số mol H3PO4 = 0,2.05 = 0,1 mol
Vì số mol số mol NaOH : số mol H3PO4 = 2:1 nên sản phẩm là Na2HPO4.
Phương trình phản ứng
2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O (1)
mol: 0,2 → 0,1 → 0,1
Khối lượng muối thu được = 142.0,1 = 14,2 gam ⇒ Đáp án A.
Dạng 4: Phản ứng nhiệt phân muối cacbonat
Các muối hidrocacbonat dễ bị nhiệt phân: 2HCO3- CO32- + CO2 + H2O
Muối cacbonat của Na, K bền, muối cacbonat của kim loại kiềm thổ bị nhiệt phân ở nhiệt độ cao
CaCO3 CaO + CO2
Ví dụ 14: X là 1 loại đá vôi chứa 80% CaCO3, phần còn lại là tạp chất trơ. Nung 50 gam X một thời gian, thu được 39 gam chất rắn. % CaCO3 đã bị phân huỷ là
A. 50,5%. B. 60%. C. 62,5%. D. 65%.
Hướng dẫn giải
Giả sử có 100 gam đá vôi thì khối lượng của CaCO3 là 80 gam. Do đó trong 50 gam X có 40 gam CaCO3.
Phương trình phản ứng hóa học
CaCO3 → CaO + CO2
mol: x x
Theo phương trình và theo giả thiết ta có
100x – 56x = 50 – 39 = 11 x = 0,25
Vậy % CaCO3 bị phân hủy là 0,25 : 40 = 0,625 ⇒ Đáp án C.
Dạng 5: Các muối chứa ion Ca2+, Ba2+, Mg2+ phản ứng với dung dịch muối CO32-
* Phản ứng trong dung dịch tạo kết tủa:
Mg2+ + CO32– → MgCO3
Ba2+ + CO32– → BaCO3
Ca2+ + CO32– → CaCO3
Ví dụ 15: Dung dịch A có chứa 5 ion: Mg2+, Ba2+, Ca2+, 0,1 mol Cl– và 0,2 mol NO3–. Thêm dần V lít dung dịch K2CO3 1M vào A đến khi được lượng kết tủa lớn nhất. V có giá trị là
A. 150 ml. B. 300 ml. C. 200 ml. D. 250 ml.
Hướng dẫn giải
Phương trình ion rút gọn :
Mg2+ + CO32– → MgCO3
Ba2+ + CO32– → BaCO3
Ca2+ + CO32– → CaCO3
Khi phản ứng kết thúc, các kết tủa tách khỏi dung dịch, phần dung dịch chứa K+, Cl– và NO3–.
Theo định luật bảo toàn điện tích thì số mol K+ = số mol Cl– + số mol NO3– = 0,3 mol
⇒ số mol K2CO3 = 1/2.số mol K+ = 0,15 mol ⇒ V = 0,15 lít = 150 ml.
⇒ Đáp án A.