Chuyên đề 11 :Cacbon và hợp chất cacbon

các bài tập và phương pháp giải hóa học cacbon và các hợp chất về cacbon. trong phần này được chia thành 3 dạng toán nhỏ đầy đủ phương pháp và ví dụ minh họa cho học sinh tiếp thu và dễ hiểu. Đây cũng là nội dung về phương pháp điều chế kim loại sẽ học trong chương trình 12 tới.

Chuyên đề 11:

Cacbon và hợp chất

cacbon

DẠNG 1: TOÁN CO2 TÁC DỤNG VỚI

DUNG DỊCH KIỀM

I PHƯƠNG PHÁP GIẢI

A Bài toán CO2, SO2 dẫn vào dung dịch NaOH, KOH

- Khi cho CO2 (hoặc SO2) tác dụng với dung dịch NaOH đều xảy

ra 3 khả năng tạo muối:

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (1)

CO2 + NaOH → NaHCO3 (2)

Đặt T = nNaOH/nCO2

- Nếu T = 2 : chỉ tạo muối Na2CO3

- Nếu T = 1 : chỉ tạo muối NaHCO3

- Nếu 1 < T < 2 : tạo cả muối NaHCO3 và Na2CO3

* Có những bài toán không thể tính T Khi đó 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 dd tăng = m chất hấp thụ ( CO2 + H2O có thể

có )

- Trong trường hợp không có các dữ kiện trên thì chia trường hợp để giải

B Bài toán CO2, SO2 dẫn vào dung dịch Ca(OH)2, Ba(OH)2:

Do ta không biết sản phẩm thu được là muối nào nên phải tính

tỉ lệ T:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O (1)

Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2 (2)

T= nCO2/nCa(OH)2

- Nếu T = 1 : chỉ tạo muối CaCO3

- Nếu T = 2 : chỉ tạo muối Ca(HCO3)2

- Nếu 1 < T < 2: tạo cả muối CaCO3 và Ca(HCO3)2

* Khi những bài toán không thể tính T ta dựa vào những dữ kiện phụ để tìm ra khả năng tạo muối

- 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 sàn 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

- Nếu không có các dữ kiện trên ta phải chia trường hợp để giải

C Muốn làm tốt dạng bài tập này cần nắm tỉ lệ mol và cách đặt

số mol vào cho phù hợp-Một số bài phải sử dụng phương trình ion rút gọn khi gặp bài CO2 + hh ( NaOH và Ca(OH)2)

CO2 + 2OH- → CO32- + H2O (1)

CO2 + OH- → HCO3- (2)

T = nOH-/nCO2

- Nếu T = 2 : chỉ tạo muối CO3

2 Nếu T = 1 : chỉ tạo muối HCO3

Nếu 1 < T < 2 : tạo cả muối HCO3- và CO3

2-Dạng 1 a mol CO2 tác dụng với dung dịch kiềm b mol ( NaOH hay Ca(OH)2 hay Ba(OH)2 ) Yêu cầu Tính

1 Khối lượng kết tủa CaCO3 hay BaCO3 tạo ra , Cách làm rất đơn giản:

- Nếu thấy a < b thì => ĐS: = a mol

- Nếu thấy a > b thì => ĐS: = 2b – a

2 Khối lượng của từng muối thu được ( muối HCO3- và muối

CO32- )

Cách làm rất đơn giản:

Trước tiên: lấy = T , Nếu thấy giá trị 1 < T < 2

Thì sẽ có 2 muối sinh ra ( đó là HCO3- và CO3

2-Dạng 2 Cho V (lit) CO2 (đktc) tác dụng với dung dịch kiềm b mol ( NaOH hay Ca(OH)2 hay Ba(OH)2 ) thu được x mol kết tủa ( ↓ ) Yêu cầu Tính :

1.Thể tích khí CO2 Thường có 2 ĐS

Dạng 3: a mol CO2 + Ca(OH)2 hay Ba(OH)2 → b mol kết tủa Tính Ca(OH)2

II BÀI TẬP MẪU

Câu 1 Hấp thụ hoàn toàn 0,16 mol CO2 vào 2 lít dd

Ca(OH)2 0,05 M thu được kết tủa X và dd Y Cho biết khổi lượng

dd Y tăng hay giảm bao nhiêu so với dd Ca(OH)2 ban đầu?

Lời giải

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

0,1 0,1 0,1

2CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2

0,16 – 0,1 → 0,06

=> n↓= 0,04 mol

n↓= 0,04 mol => m ↓ = 4g < 0,16 44 = 7,04g

=> mdd tăng = 7,04 – 4 = 3,04g

Câu 2 Thổi V lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dd Ca(OH)2 1M thu được 6g kết tủa Lọc kết tủa đun nóng dd lại thấy có kết tủa nữa Tìm V?

Lời giải

Dd sau phản ứng ↓ => có Ca(HCO3)2 taọ thành

→

BTNT Ca 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

Câu 3 Sục 3,36 lít khí CO2 (đktc) vào 300ml dd Ca(OH)2 0,2M

và NaOH 0,3 M thu được m (g) kết tủa và dd Y Cô cạn dd Y thu được m’( g) chất rắn khan Tìm m và m’

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

Dd => m crắn = 0,09 84 = 7,56g

Câu 4 Sục 4,48 lít khí CO2 (đktc) vào 500ml dd NaOH 0,1 M và Ba(OH)2 0,2M tính m kết tủa thu được?

Lời giải

nCO2 = 0,2 mol nOH- = 0,25 mol, nBa2+ = 0,1 mol

CO2 + 2OH- → CO32- + H2O

0,1250,25 → 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

Câu 5 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?

Lời giải

Gọi CT chung của 2 oxit MO2 → MMO2 = 54 => M = 22(g)

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

III BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1 Dung dịch X chứa NaOH 0,2M và Ca(OH)2 0,1M Sục 7,84 lít khí CO2 (đktc) vào 1 lít dung dịch X thì khối lượng kết tủa thu được là

A 15 gam B 5

gam

C 10 gam D 20 gam

Bài 2 Cho V lít (đktc) CO2 tác dụng với 200 ml dung dịch

Ca(OH)2 1M thu được 10 gam kết tủa Vậy thể tích V của CO2 là

A 2,24 lít B 6,72 lít

C 8,96 lít D 2,24 hoặc 6,72 lít

Bài 3 Cho 56ml khí CO2 hấp thụ hết vào 100ml dung dịch chứa NaOH 0,02M và Ba(OH)2 0,02M Khối lượng kết tủa thu được là:

A 0,0432g B

0,4925g

C 0,2145g D 0,394g

Bài 4 Dẫn V lít khí CO2 ( ở đktc) qua 500 ml dung dịch

Ca(OH)2 nồng x M , sau phản ứng thu được 3 gam kết tủa và dung dịch A Đun nóng dung dịch A thu được thêm 2 gam kết tủa nữa Giá trị của V và x là

A 1,568 lit và 0,1 M B 22,4 lít và 0,05

M

C 0,1792 lít và 0,1 M D 1,12 lít và 0,2 M

Bài 5 Cho V lít khí SO2 ( ở đktc) vào 700 ml Ca(OH)2 0,1 M sau phản ứng thu được 5 gam kết tủa Giá trị của V là:

A 2,24 lít hoặc 1,12 lít B 1,68 lít hoặc 2,016 lít

C 2,016 lít hoặc 1,12 lít D 3,36 lít

Bài 6 Đốt 8,96 lít H2S (đktc) rồi hoà tan sản phẩm khí sinh ra vào dung dịch NaOH 25% (d = 1,28 g/ml) thu được 46,88 gam muối Thể tích dung dịch NaOH là

A 100 ml B

80ml

C 120 ml D 90 ml

Bài 7 Đốt cháy hoàn toàn 8,8 gam FeS và 12 gam FeS2 thu được khí Cho khí này sục vào V ml dung dịch NaOH 25%

(d=1,28 g/ml) được muối trung hòa Giá trị tối thiểu của V là

A 50 ml B 75

ml

C 100 ml D 120 ml

Bài 8 Đốt cháy hoàn toàn 0,9 gam FeS2 trong O2 dư Hấp thụ toàn bộ khí thu được vào 100 ml dung dịch gồm NaOH 0,1 M và Ba(OH)2 0,05 M thì thu được bao nhiêu gam kết tủa?

A 1,080 gam B 2,005 gam

C 1,6275 gam D 1,085 gam

Bài 9 Đốt cháy m gam FeS trong khí O2 dư thu được khí X Hấp thụ hoàn toàn khí X vào 200 ml dung dịch gồm NaOH 0,1 M và Ba(OH)2 0,1 M Sau phản ứng thu được dung dịch Y và 4,34 gam kết tủa Khi cho dung dịch NaOH vào dung dịch X thì lại thấy có kết tủa Giá trị của m là:

A 2,53 gam B 3,52 gam C.3,25 gam D 1,76 gam

Bài 10 Sục hết 1,568 lít khí CO2 (đktc) vào 500 ml dung dịch NaOH 0,16M Sau thí nghiệm được dung dịch A Rót 250 ml dung dịch B gồm BaCl2 0,16M

và Ba(OH)2 xM vào dung dịch A được 3,94 gam kết tủa và dung dịch C Nồng

độ xM của Ba(OH)2 bằng

A 0,02M B 0,025M

C 0,03M D 0,015M

Bài 11 Nung nóng m gam MgCO3 đến khi khối lượng không đổi thì thu được V lít khí CO2 ( ở đktc) Hấp thụ hoàn toàn V lít CO2 vào 400 ml dung dịch

Ca(OH)2 0,1 M thì thu được 2,5 gam kết tủa và dung dịch X Cho dung dịch NaOH dư vào X thì thu được a gam kết tủa Giá trị của V và a là:

A 1,232 lít và 1,5 gam B 1,008 lít và 1,8 gam

C 1,12 lít và 1,2 gam D 1,24 lít và 1,35 gam

Bài 12 Cho m gam FeCO3 tác dụng với dung dịch HNO3 đặc nóng (dư) thu được hỗn hợp khí X Hấp thụ hoàn toàn X vào dung dịch Ca(OH)2 0,05 M dư thì thấy có V lít dung dịch Ca(OH)2 phản ứng và thu được 2 gam kết tủa Giá trị

m và V là:

A 3,2 gam và 0,5 lít B 2,32 gam và 0,6 lít

C 2,22 gam và 0,5 lít D 2,23 gam và 0,3 lít

DẠNG 2: BÀI TOÁN CO KHỬ OXIT CỦA SẮT

HOẶC ĐỒNG

Phương pháp

FexOy + y CO -> xFe + yCO2

Số mol CO2 = số mol CO

nếu lấy 1 mol oxit sắt thì khối lượng tăng lên y.16 (g)

Bài tập minh họa :

Câu 1: Khử hoàn toàn 11,6 gam oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ

gam kết tủa Công thức của oxit sắt là

A FeO B Fe2O3 C Fe3O4 D không xác định được

Câu 2: Khử hoàn toàn 6,64 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4,

Fe2O3 cần dùng 2,24 lít CO (đktc) Khối lượng Fe thu được là

A 5,04 gam B 5,40 gam C 5,05 gam

D 5,06 gam

Câu 3: Khử hoàn toàn 5,64 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4,

Fe2O3 bằng khí CO Khí đi ra sau phản ứng được dẫn vào dung dịch Ca(OH)2dư thấy tạo ra 8 gam kết tủa Khối lượng Fe thu được là

A 4,63 gam B 4,36gam C 4,46 gam

D 4,64 gam

Câu 4: Cho khí CO dư khử hoàn toàn hỗn hợp gồm Fe3O4và CuO thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại Khí thoát ra cho đi vào dung dịch Ca(OH)2 dư, thấy tạo ra 5 gam kết tủa Khối lượng hỗn hợp 2 oxit ban đầu là

A 3,12 gam B 3 21 gam C 3,22 gam

D 3,23 gam

Câu 5: Khử 16 gam Fe2O3 bằng khí CO dư, sản phẩm khí thu được cho đi vào bỡnh dung dịch Ca(OH)2 dư thu được a gam kết tủa Gía trị của a là

A 10 gam B 20 gam C 30 gam

D 40 gam

Câu 6: Khử hoàn toàn 4,06 gam oxit kim loại bằng CO ở nhiệt

độ thành kim loại Dẫn toàn bộ sản phẩm khí sinh ra vào dung dịch Ca(OH)2 dư thấy tạo thành 7 gam kết tủa Nếu lấy lượng kim loại sinh ra hoà tan hết vào dung dịch HCl thì thu được 1,176 lít H2 (đktc) Công thức của oxit kim loại là

A CuO B Al2O3 C

Fe3O4 D ZnO

Câu 7: Thổi một luồng khí CO (dư) đi qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp gồm Fe3O4 và CuO nung nóng đến

phản ứng hoàn toàn thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại Khí thoát ra được hấp

thụ hết vào bình đựng dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 5 gam kết tủa Giá trị của m là

A 3,21 B 3,32 C 3,22

D 3,12

Câu 8: Một hỗn hợp X gồm: Fe, FeO và Fe2O3 Cho 4,72 gam hỗn hợp này tác dụng với CO dư ở nhiệt độ cao Khi phản ứng xong thu được 3,92 gam Fe Nếu ngâm cùng một lượng hỗn hợp trên vào dung dịch CuSO4 dư, phản ứng xong thu được 4,96 gam chất rắn Khối lượng Fe, FeO và Fe2O3 trong X là

A 1,2 gam; 1,19 gam và 2,01 gam B 1,8 gam; 1,42 gam và 1,5 gam

C 1,68 gam; 1,44 gam và 2,07 gam D 1,68 gam; 1,44 gam và 1,6 gam

Dạng 3: DẠNG TOÁN MUỐI CACBONAT TÁC DỤNG

VỚI DUNG DỊCH AXIT

I.PHƯƠNG PHÁP VÀ VÍ DỤ

1.Trường hợp 1: Muối cacbonat + ddHCl →Muối clorua + CO 2 + H 2 O

VD: Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O

MgCO3 + 2HCl → MgCl2 + CO2 + H2O

Nhận xét:

- Điểm giống nhau ở các phản ứng trên là:

- Khi chuyển từ muối cacbonat thành muối clorua, thì cứa 1 mol CO2 sinh ra khối lượng muối tăng:

Gốc =CO3 chuyển thành 2 gốc Cl → 1 mol CO2

60 gam chuyển thành 71 gam, khối lượng tăng 11g

( R + 16) gam(R + 96) gam1 mol H2O sinh ra hoặc 1 mol H2SO4 tham gia phản ứng Từ đó có công thức:

Có thể tóm tắt bằng sơ đồ: ( R + 60) gam → (R + 71) gam

Từ đó ta có công thức tính nhanh:

Ví dụ 1 Cho 4,41 gam hỗn hợp 3 muối: K2CO3; Na2CO3 và BaCO3 tác dụng vừa

đủ với dung dịch HCl Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 4,74 gam muối khan

Thể tích khí CO2 sinh ra là:

A 0,224 lít B 0,448 lít C 0,672 lít D 0,448 lít

Nhận xét Bài tập cho biết khối lượng hỗn hợp 3 muối mà chỉ cho biết 2 giữ kiện: Tống khối lượng muối cacbonat tham gia phản ứng và tổng khối lượng muối clorua sinh ra Nếu áp dụng phương pháp làm thông thường: Viết PTHH rồi đặt ẩn

và lập hệ phương trình thí không cho kết quả chính xác Do vậy phải áp dụng công thức giải nhanh

Ví dụ 2 Hòa tan 10 gam hỗn hợp muối XCO3 và Y2(CO3)3 bằng dd HCl dư thư được dd A và 0,672 lít khí ở đktc.Khối lượng muối khan thu được sau phản ứng là

A 10,3 gam B 10,33 gam C 30 gam C 13 gam

Nhận xét Bài tập này chưa cho biết công thức có thể của muối cacbonat nên

áp dụng cách giải thông thường thì không cho kết quả chính xác Cho dù không cho biết rõ công thức hóa học của muối tham gia, vẫn có thể áp dụng công thức giải nhanh để làm

Giải:

*Cách 1

- Khi chuyển từ muối cacbonat thành muối clorua, thì cứa 1 mol CO2 sinh ra khối lượng muối tăng: Áp dụng công thức:

Tống khối lượng muối clorua = 10 + 0,03´11 = 10,33(g)

=>Chọn đáp án B

*Cách 2: Có thể không cần viết PTHH mà chỉ cần nhớ : Muối cacbonat tác

dụng với axit HCl thì :

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

10 + 0,06 ´36,5 = mmuối + 0,03´44 + 0,03´18

=> mmuối = 10,33gam

=>Chọn đáp án B

2 Trường hợp 2: Muối cacbonat + H 2 SO 4(loãng) Muối sunfat + CO2 + H 2 O

VD: Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2 + H2O

MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + CO2 + H2O

Nhận xét:

- Điểm giống nhau ở các phản ứng trên là:

- Khi chuyển từ muối cacbonat thành muối sunfat, thì cứa 1 mol CO2 sinh ra khối lượng muối tăng:

Gốc =CO3 chuyển thành =SO4

60 gam chuyển thành 96 gam, khối lượng tăng 36g

Có thể tóm tắc bằng sơ đồ:

(R + 60) gam → (R + 96) gam 1 mol CO2

Từ đó ta có công thức tính nhanh:

Ví dụ 1 Cho 2,44 gam hỗn hợp muối Na2CO3 và K2CO3 tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 0,5M, sau phản ứng thu được 0,448 lít CO2 ở đktc

a/ Thể tích dung dịch H2SO4 0,5 M cần dùng là:

A 100 ml B 40ml C 30 ml D 25 ml

b/ Tổng khối lượng muối sunfat sinh ra là:

A 11,6g B 13g C 3,16g D 14,2g

Giải:

* Cách 1 Cách làm thông thường

a/

Đặt x,y lần lượt là số mol của Na2CO3 và (x,y>0)

Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2 + H2O (1)

x mol x mol x mol x mol

K2CO3 + H2SO4 → K2SO4 + CO2 + H2O (2)

y mol y mol y mol y mol

Từ (1) và (2) có hệ phương trình

Giải hệ phương trình trên ta được

Thay x,y vào phương trình (1) và (2) = 0,01 + 0,01 = 0,02 mol

lít = 40 ml Chọn đáp án B

b/ Thay x,y vào phương trình (1) và (2) = 0,01 mol

Tổng khối lượng muối sunfat sinh ra là: 0,01.142 + 0,01.174 = 3,16 gam.

=>Chọn đáp án C

* Cách 2.a/ Cần nhớ: Muối cacbonat tác dụng với H2SO4 thì

lít = 40ml Chọn đáp án B

b/ Áp dụng công thức

=>Chọn đáp án D

* Nhận xét: Nếu làm theo cách thông thường thì HS mất nhiều thời gian và HS

phải viết PTHH, biết cách lập hệ phương trình và giải hệ phương trình Do vậy dài

và mất nhiều thời gian Với cách giải 2 thì HS không cần lập phương trình hóa học

và hệ phương trình mà chỉ áp dụng công thức có thể cho ngay đáp án chính xác

Ví dụ 2 Cho 3,28 gam hỗn hợp 3 muối K2CO3; Na2CO3 và MgCO3 tác dụng vừa

đủ với 60 ml dd H2SO4 0,5M

a/ Thể tích khí CO2 sinh ra ở đktc là:

A 0,224 lít B 0,448 lít C 0,336 lít D 0,672 lít

b/ Tổng khối lượng muối sunfat sinh ra là:

A 3,42 g B 4,36 g C 5,23 g D 4,12 g

Giải:

a/ = 0,5 0,06 = 0,03 mol

Cần nhớ: Muối cacbonat tác dụng với H2SO4 thì 0,03 mol

0,672 lít

=>Chọn đáp án D

b/ Áp dụng công thức

Tổng khối lượng muối sunfat sinh ra là: 3,28 + 36.0,03 = 4,36 gam

=>Chọn đáp án B