Dạng toán hóa học CO2 tác dụng với dung dịch kiềm

DẠNG TOÁN CO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM I. LÍ THUYẾT 1. Bài toán CO2 tác dụng với NaOH, KOH Khi cho CO2 tác dụng với dung dịch KOH, NaOH có thể xảy ra các phản ứng sau: NaOH + CO2 → NaHCO3 (1) 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (2) Tùy vào tỉ lệ giữa NaOH/KOH và CO2 mà tạo ra các sản phẩm khác nhau Đặt T  nNaOH nCO2 - Nếu T  1: Chỉ xảy ra phản ứng (1), muối thu được chỉ có NaHCO3 - Nếu 1 < T < 2: Xảy ra cả phản ứng (1) và (2), sản phẩm thu được có 2 muối là NaHCO3 và Na2CO3. - Nếu T  2: Chỉ xảy ra phản ứng (2), muối thu được chỉ có Na2CO3 Chú ý: Khi T < 1 thì CO2 còn dư, NaOH phản ứng hết Khi T = 1 hoặc T = 2 : Các chất tham gia phản ứng đều hết Khi T > 2: NaOH còn dư, CO2 phản ứng hết Dạng 1: Biết số mol các chất tham gia phản ứng.Tính khối lượng muối tạo thành B1: Lập tỉ lệ số mol T  nNaOH . Sau đó kết luận phản ứng xảy ra và tính toán theo dữ kiện nCO2 bài toán. B2: Dựa theo phương trình tính số mol của các muối => Khối lượng muối tạo thành. Ví dụ 1: Hấp thụ hoàn toàn 1,12 lít khí CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch NaOH 0,2M thu được dung dịch X. Tính khối lượng muối tan trong dd X. Giải: nCO2  Xét tỉ lệ : PTHH: 1,12  0, 05mol 22, 4 nNaOH  0, 2.0, 2  0, 04mol nNaOH 0, 04   0,8  1 → CO2 dư, sản phẩm tạo thành là NaHCO3. nCO2 0, 05 NaOH + CO2 → NaHCO3 (1) Theo (1) → nNaHCO  nNaOH  0,04mol 3 → mNaHCO  0,04.84  3,36 g 3 Ví dụ 2: Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (đktc) vào dd chứa 450 ml dung dịch NaOH 1M thu được dung dịch X. Tính khối lượng muối tan trong dd X. Giải: nCO2  Xét tỉ lệ : 4, 48  0, 2mol 22, 4 nNaOH  0, 45.1  0, 45mol nNaOH 0, 45   2, 25  2 → NaOH dư, sản phẩm tạo thành là Na2CO3. nCO2 0, 2 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (1) PTHH : Theo (1) → nNa CO  nCO  0, 2mol 2 3 2 → mNa CO  0, 2.106  21, 2 g 2 3 Ví dụ 3: Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (đktc) vào 300ml dung dịch NaOH 1M thu được dung dịch X. Tính khối lượng muối tan trong dd X. Giải: nCO2  Xét tỉ lệ : 1  4, 48  0, 2mol 22, 4 nNaOH  0,3.1  0,3mol nNaOH 0,3   1,5  2 → NaOH, CO2 đều hết, sản phẩm tạo thành là Na2CO3 và nCO2 0, 2 NaHCO3 PTHH : Đặt NaOH + CO2 → NaHCO3 x x x mol 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O 2y y y mol (1) (2) nNaHCO3  xmol nNa2CO3  ymol Theo (1) và (2) kết hợp với đề bài ta có: nNaOH = x + 2y = 0,3 (*) nCO2 = x + y = 0,2 (**) Từ (*) và (**) ta có : x = y = 0,1 → mNa2CO3  0,1.106  10, 6 g mNaHCO3  0,1.84  8, 4 g Dạng 2 : Đề cho số mol của 1 trong 2 chất chất tham gia phản ứng và khối lượng muối tạo thành. Tính số mol chất còn lại. Cách làm : Từ số mol chất phản ứng lập luận để tìm ra khối lượng muối tạo thành, so sánh với khối lượng muối đề ra để kết luận muối nào được tạo thành. Tính toán theo dữ kiện của bài ra. Ví dụ 1: Sục 11,2 lít SO2 (đktc) và 700ml dung dịch NaOH ,sau khi phản ứng xảy ra thu được dung dịch có chứa 56,4 gam muối.Tính nồng độ mol của dung dịch NaOH đã dùng. Giải: nSO2  PTHH : 11, 2  0,5mol 22, 4 + SO2 → NaHSO3 NaOH x x (1) x mol 2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O 2y y y mol (2) * Giả sử toàn bộ SO2 chuyển hóa thành NaHSO3 thì: Theo (1) ta có : → nNaHSO3  nSO2  0,5mol → mNaHSO  0,5.104  52 g  56, 4 g (loại) 3 * Giả sử toàn bộ SO2 chuyển hóa thành Na2SO3 thì: Theo (2) ta có : → nNa2SO3  nSO2  0,5mol → mNa SO  0,5.126  63g  56, 4g (loại) 2 3 Như vậy, sau phản ứng muối tạo thành gồm Na2SO3 và NaHSO3. Đặt  n NaHSO3  xmol   n Na2SO3  ymol Theo đề ra kết hợp đề bài ta có:  nSO2  x  y  0,5   mhh  104 x  126 y  56, 4 Giải hệ trên ta được : Theo (1) và (2) ta có : x = 0,2 y = 0,3 n NaOH  2 x  y  0, 7mol → CM ( NaOH )  0, 7  1M 0, 7 Ví dụ 2: Sục V lít CO2 vào 300ml dung dịch KOH 1M, sau phản ứng kết thúc thu được dung dịch có chứa 26,9 g muối. Tính V (đktc) Giải : nKOH  0,3.1  0,3mol PTHH : KOH + CO2 → KHCO3 x x x mol 2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (1) (2) 2y y y mol * Giả sử toàn bộ KOH chuyển hóa thành KHCO3 thì: Theo (1) ta có : → nKHCO3  nKOH  0,3mol → mKHCO  0,3.100  30 g  26,9 g (loại) 3 * Giả sử toàn bộ KOH chuyển hóa thành K2CO3 thì: Theo (2) ta có : → 1 nK2CO3  nKOH  0,15mol 2 → mK CO  0,15.138  20,7 g  26,9 g (loại) 2 3 Như vậy, sau phản ứng muối tạo thành gồm K2CO3 và KHCO3. nKHCO3  xmol Đặt nK2CO3  ymol Theo đề ra kết hợp đề bài ta có: nKOH  x  2 y  0,3  mhh  100 x  138 y  26,9 Giải hệ trên ta được : x = 0,2 ; y = 0,05 Theo (1) và (2) ta có : → n CO2  x  y  0, 25mol → VCO  0, 25.22, 4  5,6 lít 2 2. Bài toán CO2 tác dụng với dung dịch Ca(OH)2, Ba(OH)2 Khi cho CO2 tác dụng với dung dịch Ca(OH)2, Ba(OH)2 có thể xảy ra các phản ứng sau: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (1) Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2 (2) Tùy theo tỉ lệ giữa CO2 và Ca(OH)2 mà có thể tạo thành các sản phẩm khác nhau. Đặt T  nCO2 nCa (OH )2 - Nếu T  1: Chỉ xảy ra phản ứng (1), muối thu được chỉ có CaCO3 - Nếu 1 < T < 2: Xảy ra cả phản ứng (1) và (2), sản phẩm thu được có 2 muối là CaCO 3 và Ca(HCO3)2. - Nếu T  2: Chỉ xảy ra phản ứng (2), muối thu được chỉ có Ca(HCO3)2. Chú ý: Khi T < 1 thì Ca(OH)2 còn dư, CO2 phản ứng hết Khi T = 1 hoặc T = 2 : Các chất tham gia phản ứng đều hết Khi T > 2: CO2 còn dư, Ca(OH)2 phản ứng hết Dạng 1: Biết số mol các chất tham gia phản ứnh, tính khối lượng muối tạo thành B1: Lập tỉ lệ T  nCO2 nCa (OH )2 . Sau đó kết luận phản ứng xảy ra và tính toán theo dữ kiện bài toán. B2: Dựa vào PT, tính số mol muối => khối lượng muối tạo thành. Dạng 2: Đề cho số mol của 1 trong 2 chất chất tham gia phản ứng và khối lượng kết tủa.Tính số mol chất còn lại Với bài toán dạng này thường cho biết trước số mol của CO2 hoặc Ca(OH)2 và số mol CaCO3. Khi giải so sánh số mol kết tủa với số mol CO2 hoặc số mol Ca(OH)2 để kết luận có trường hợp nào xảy ra. TH1: Nếu n  nCO hoặc n  nCa (OH ) thì sản phẩm thu được là CaCO3 2 2 TH2: Nếu n  nCO hoặc n  nCa (OH ) thì sản phẩm thu được gồm CaCO3 và Ca(HCO3)2 2 2 Chú ý: - Khi bài cho thể tích CO2 và khối lượng kết tủa, yêu cầu tính lượng kiềm thì thường chỉ xảy ra 1 trường hợp và có 1 đáp án phù hợp . - Khi cho số mol kiềm và khối lượng kết tủa, yêu cầu tính thể tích CO2 tham gia thì thường xảy ra 2 trường hợp và có 2 kết quả thể tích CO2 phù hợp Ví dụ 1: Sục từ từ V lít khí CO2 (đktc) vào 500ml dung dịch Ca(OH)2 1M thu được 30 gam kết tủa. Tìm V. Giải: nCaCO3  30  0,3mol 100 nCa (OH )2  0,5.1  0,5mol PTHH: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (1) x x x Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2 (2) y 2y y Theo đề ra ta có : nCaCO  0,3  nCa (OH )  0,5 → có 2 trường hợp xảy ra. 3 2 TH 1: Chỉ có phản ứng (1) xảy ra, Ca(OH)2 dư: Theo (1) → nCO  nCaCO  0,3mol 2 3 → VCO  0,3.22, 4  6,72 lít 2 TH 2: Xảy ra cả 2 phản ứng (1) và (2), sản phẩm gồm 2 muối CaCO 3 và Ca(HCO3)2. Đặt x,y lần lượt là số mol của Ca(OH)2 tham gia phản ứng (1) và (2).  nCaCO3  x  0,3 → x  y  0,5   Theo (1) và (2) kết hợp đề bài ta có  Theo (1) và (2) → n CO2  x  0,3   y  0, 2  x  2 y  0, 7mol → VCO  0,7.22, 4  15,68 lít 2 Ví dụ 2: Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lít CO2 ( đktc ) vào 250ml dung dịch Ba(OH)2 b mol/l, thu được 19,7 gam kết tủa. Tìm b. Giải. nBaCO3  19,7  0,1mol 197 PTHH: Ba(OH)2 x + CO2 x nCO2  3,36  0,15mol 22, 4 → BaCO3↓ + H2O (1) x Ba(OH)2 + 2CO2 → Ba(HCO3)2 y 2y (2) y Theo đề ra ta có : nBaCO  0,1  nCO  0,15 → Xảy ra cả 2 phản ứng (1), (2) và sản phẩm tạo 3 2 thành gồm 2 muối BaCO3 và Ba(HCO3)2. Đặt x,y lần lượt là số mol của Ba(OH)2 tham gia phản ứng (1) và (2) ta có:   x  0,1 nBaCO3  x  0,1 →    y  0, 025  x  2 y  0,15 Theo (1) và (2) → n Ba ( OH )2  x  y  0,125mol → CM [Ba (OH ) ]  2 0,125  0,5M 0, 25 II. BÀI TẬP Dạng 1. Bài toán CO2 tác dụng với NaOH, KOH Loại 1: Lập được tỉ lệ T Bài 1. Cho 5,6 lít CO2 (đkc) đi qua 164ml dd NaOH 20%(d = 1,22g/ml) thu được dd X. Cô cạn dd X thì thu được bao nhiêu gam chất rắn? Bài 2. Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2(đkc) vào dd chứa 16g NaOH thu được dung dịch X. Tính khối lượng muối tan trong dd X. Bài 3. Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít khí CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch NaOH 2M thu được dung dịch X. Tính khối lượng muối tan trong dd X. Loại 2: Không lập được tỉ lệ T Bài 1. Hấp thụ hoàn toàn 15,68 lít khí CO2( đktc) vào 500 ml dd NaOH có nồng độ C mol/lít. Sau phản ứng thu được 65,4 gam muối. Tìm C. Bài 2. a, Phải đốt 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 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 dd CaCl2 1M 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 3. Đốt cháy hết 12 gam cacbon trong oxi dư thu được khí CO2. Cho toàn bộ lượng khí thu được tác dụng với dung dịch NaOH 2M. Tìm VNaOH để: a. Chỉ tạo muối NaHCO3 và không dư CO2 b. Chỉ tạo muối Na2CO3 và không dư NaOH c. Tạo cả 2 muối, trong đó CM(NaHCO3) = 1,5.CM(Na2CO3). Trong trường hợp này tính thể tích NaOH cần thêm vào để thu được 2 muối có nồng độ như nhau. Dạng 2. Bài toán CO2 tác dụng với Ca(OH)2, Ba(OH)2 Bài 1. Sục từ từ V lít khí CO2 (đktc) vào 200ml dung dịch Ca(OH)2 1M thu được 15 gam kết tủa. Tìm V. Bài 2. Hấp thụ hoàn toàn 2,688 lít CO2 ( đktc ) vào 2,5 lit dung dịch Ba(OH)2 b mol/l, thu được 15,76 gam kết tủa. Tìm b. Bài 3. Sục từ từ V lít khí CO2 vào 450 ml dung dịch Ba(OH)2 0,2M thu được 15,76 gam kết tủa. Tìm V. Bài 4. Trong một bình kín chứa 0,02 mol Ba(OH)2. Sục vào bình lượng CO2 có giá trị biến thiên trong khoảng từ 0,005 đến 0,024 mol. Khối lượng kết tủa (gam) thu được biến thiên trong khoảng nào? Bài 5. V lít khí CO2 ( đktc ) được hấp thụ hoàn toàn vào Ca(OH)2 dư, kết thúc phản ứng ta thấy khối lượng dung dịch Ca(OH)2 giảm 5,6 gam và thu đựơc a gam kết tủa. T ìm a, V. Bài 6. Cho 0,05 mol CO2 hay 0,35 mol CO2 hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Ca(OH)2 cũng đều thu được 0,05 mol kết tủa. Tính số mol Ca(OH)2 trong dung dịch Bài 7. Dẫn V lít (đktc) khí CO2 qua 100ml dd Ca(OH)2 1M thu được 6 gam kết tủa. Lọc bỏ kết tủa, lấy nước lọc đun nóng lại thu được kết tủa nữa. Tìm V. Bài 8. Hoà tan hoàn toàn 11,2 gam CaO vào H2O thu được dd X. Nếu cho khí CO2 sục qua dd X và sau khi kết thúc thí nghiệm thấy có 2,5 gam kết tủa. Tính thể tích khí CO2 đã tham gia phản ứng . Bài 9. Dẫn V lít khí CO2 (đktc) qua 2 lít dd Ca(OH)2 0,02M thu được 1 gam kết tủa. Tìm V