chuyên đề dạng bài CO2(SO2) tác dụng với dung dịch kiềm

Môn: Hóa học DẠNG BÀI CO2SO2 TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM Tác giả: Nguyễn Thị Thu Trang - Trường THCS&THPT Hai Bà Trưng Dành cho đối tượng: Học sinh giỏi lớp 9 Thời lượng: 16 tiết I- ĐẶT

Môn: Hóa học DẠNG BÀI CO2(SO2) TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH KIỀM

Tác giả: Nguyễn Thị Thu Trang - Trường THCS&THPT Hai Bà Trưng

Dành cho đối tượng: Học sinh giỏi lớp 9 Thời lượng: 16 tiết

I- ĐẶT VẤN ĐỀ

CO2(SO2) tác dụng với dung dịch kiềm là dạng bài cơ bản được sử dụng trong cả chương trình hoá lớp 9, lớp 10, lớp 11 và lớp12, nhiều trong các kì thi đặc biệt là thi học sinh giỏi và thi đại học.kể cả thi đại học và nhiều bài tập còn đòi hỏi học sinh giải bài tập CO2, SO2 tác dụng với dung dịch kiềm rồi lấy kết quả để xử lí tiếp bài toán Tuy nhiên HS khi làm bài tập thường chưa

có cách nhận dạng xử lí mà đa phần là áp dụng theo thói quen, theo ví dụ đã được làm nên hay

bị sai hoặc xét thiếu trường hợp Vì vậy việc phân dạng bài, hướng dẫn học sinh cách nhận dạng và xử lí bài tập là rất quan trọng, đặc biệt là với đối tượng học sinh giỏi lớp 9

II- NỘI DUNG

II.1 Hệ thống kiến thức sử dụng trong chuyên đề:

Phản ứng: Oxit axit + kiềm →muối (+ H2O)

- Nếu dư oxit axit sẽ tạo muối axit

- Nếu dư kiềm sẽ tạo muối trung hoà

- Khi tạo cả 2 muối thì cả oxit axit và kiềm đều phản ứng hết

Khi làm bài tập nên sử dụng đồng thời cả 2 phương trình phản ứng tạo 2 loại muối để giải

* Với MOH (NaOH, KOH)

MOH + CO2→MHCO3

2MOH + CO2→M2CO3 + H2O

* Với M(OH)2 (Ca(OH)2; Ba(OH)2)

M(OH)2 + CO2→MCO3 + H2O

M(OH)2 + 2CO2 → M(HCO3)2

II.2 Phân loại các dạng bài tập:

Dạng bài CO2(SO2) tác dụng với dung dịch kiềm nên chia làm 3 dạng (tên gọi mỗi dạng cũng chính là cách nhận dạng bài toán):

+ Dạng 1: Cho lượng các chất tham gia phản ứng=> Yêu cầu tính lượng sản phẩm tạo thành + Dạng 2: Cho biết sản phẩm tạo thành=> Yêu cầu tính lượng chất tham gia

+ Dạng 3: Cho muối trung hoà, cho lượng 1 trong 2 chất tham gia phản ứng yêu cầu tính lượng chất còn lại

II.3 Phương pháp giải từng dạng:

1, Dạng 1: Cho lượng các chất tham gia phản ứng=> Yêu cầu tính lượng sản phẩm tạo thành.

a, Cách xử lí:

+ Viết 2 ptpư

+ Tính số mol các chất tham gia mà bài đã cho

+ Tính tỷ lệ số mol CO2

bazo

n

n (hoặc

2

bazo

CO

n

n ); từ tỉ lệ của giả thiết và dựa vào tỉ lệ của các phản ứng kết luận phản ứng xảy ra, loại muối tạo thành, chất dư, chất hết (nếu cần)

* Với MOH (NaOH, KOH)

MOH + CO 2→MHCO 3 (1)

2MOH + CO 2→M 2 CO 3 + H 2 O (2)

Xét:

2

1

MOH

CO

n

n ≤ tạo muối axit, tính theo pt (1)(Nếu xảy ra dấu < thì CO2 dư, phải tính theo MOH)

2

2

MOH

CO

n

n ≥ tạo muối trung hoà, tính theo pt (2)(Nếu xảy ra dấu > thì MOH dư, phải tính

theo CO2)

2

CO

n

n

≤ ≤  tạo cả 2 muối, tính theo cả 2 pt

* Với M'(OH) 2 (Ca(OH) 2 ; Ba(OH) 2 )

M'(OH) 2 + CO 2→M'CO 3 + H 2 O (1')

M'(OH) 2 + 2CO 2 → M'(HCO 3 ) 2 (2')

Xét: 2

2 '( )

1

CO

M OH

n

n ≤ tạo muối trung hoà, tính theo (1')

( Nếu xảy ra dấu < thì M'(OH)2 dư, tính theo CO2)

2

'( )

2

CO

M OH

n

n ≥  tạo muối axit, tính theo pt (2')( Nếu xảy ra dấu > thì CO2 dư, tính theo

M'(OH)2 )

2

2

'( )

M OH

n

n

≤ ≤  tạo cả 2 muối

* Với hỗn hợp MOH và M'(OH) 2 thì nên sử dụng phương trình ion rút gọn:

2

2

Xét:

2

1

OH

CO

n

n

−

≤  tạo muối axit (Nếu dấu < xảy ra thì CO2 dư, tính HCO3- theo OH-)

2

2

OH

CO

n

n

−

≥  tạo muối trung hoà( Nếu dấu > xảy ra thì OH- dư, tính 2

3

CO − theo CO2 )

2

CO

n

n

−

≤ ≤  tạo cả 2 muối

+ Tính lượng sản phẩm tạo thành:

- Nếu xảy ra 1 pt tạo 1 muối thì sử dụng phương trình đã viết để tính

- Nếu tạo cả 2 muối thì có thể dùng cả 2 pt pư để lập quan hệ giữa các chất rồi giải hệ pt nhưng nên dùng pt tổng gộp để giải theo trình tự sau:

Từ tỉ lệ nCO2: nkiềm => ta sẽ đưa tỉ lệ này về tỉ lệ số nguyên dương tối giản nhất

- Sau đó ta coi như xảy ra 1 phương trình tạo đồng thời 2 muối

- Cân bằng phương trình theo tỉ lệ CO2(SO2) và kiềm mà ta vừa tìm được

- Tính sản phẩm theo 1 trong 2 số mol: CO2(SO2) hoặc kiềm theo phương trình mà ta vừa cân bằng

VD1: Cho 2,8 g CaO vào nước ta được dung dịch A Dung dịch A hấp thụ hoàn toàn 1,68 l

CO 2 ở ddktc Hãy tính khối lượng các muối tạo thành.

Bài làm

CaO + H2O → Ca(OH)2 (1)

Theo pt (1) và gt nCa OH nCaO 0 , 5 mol

56

8 , 2 2

)

nCO 0 , 075 mol

4 , 22

68 , 1

2 = =

Ta có 1<

2

3 05

, 0

075 , 0

2

2 ) (

=

=

OH Ca

CO

n

n

< 2 => Tạo hỗn hợp 2 muối

Ta có phương trình

2Ca(OH)2 + 3CO2 → CaCO3 + Ca(HCO3)2 + H2O (4)

0,05mol 0,075mol 0,025mol 0,025mol

Theo pt (4) ta có nCaCO 0 , 025 mol

3 =

nCa HCO 0 , 025 mol

2

3 )

Vậy khối lượng mỗi muối thu được là:

) ( 05 , 4 162 025 , 0

) ( 5 , 2 100 025

,

0

2

3

3

)

m

g m

HCO

Ca

CaCO

=

×

=

=

×

=

VD2 : Có 200 ml dung dịch A gồm : NaOH 1M và KOH 0,5 M Sục V lit khí CO 2 ở đktc với các trường hợp: V 1 = 2,24 lit, V 2 = 8,96 lit, V 3 = 4,48 lit Thu được dung dịch B, trong B có

m gam chất rắn tan Tính m trong các trường hợp ?

Hướng dẫn giải

Đối với bài này nếu dùng phương trình phân tử sẽ gặp nhiều khó khăn lập hệ rất dài dòng Vì vậy khi gặp dạng này ta nên giải theo phương trình ion

áp dụng thêm BT: m chất tan trong dd = tổng khối lượng các ion trong dung dịch

TH1 : V1 = 2,24 lit CO2 đktc

nCO2= 222,24,4 = 0,1 mol

n OH−

= 0,2.1 + 0,2.0,5 = 0,3 mol

2

CO

OH

n

n −

=

1 , 0

3 , 0

> 2 chỉ tạo ra muối trung tính CO2−

3 ; OH- dư tính theo CO2

CO2 + 2 OH → CO2 −

3 + H2O 0,1 0,2 0,1

Khối lượng chất tan trong B là tổng khối lượng các ion trong dung dịch :

m = m K+

+ m Na+

+ m CO

−

2

3 + m OH

−

dư

= 0,2.0,5 39 + 0,2.1 23 + 0,1 60 + (0,3 – 0,2).17 = 16,2 (g)

TH2 : V2 = 8,96 lit CO2 đktc

n CO2= 228,96,4 = 0,4 mol

n OH−

= 0,2.1 + 0,2.0,5 = 0,3 mol

2

CO

OH

n

=

4 , 0

3 , 0

< 1 chỉ tạo ra muối axit HCO−3, CO2 dư, tính theo OH

CO2 + OH- → HCO−

3

0,3mol 0,3mol

Khối lượng chất tan trong B là tổng khối lượng các ion tạo ra các muối :

m = m K+

+ m Na+

+ m HCO

−

3

= 0,2.0,5 39 + 0,2.1 23 + 0,3 61 = 26,6 (g)

TH3 : V3 = 4,48 lit CO2 đktc

n CO2= 224,48,4 = 0,2 mol

n OH−

= 0,2.1 + 0,2.0,5 = 0,3 mol

1 <

2

CO

OH

n

n −

=

2 , 0

3 , 0

=3

2 < 2 tạo ra 2 muối axit HCO3− và CO2−

3

2CO2 + 3 OH → CO2−

3 + HCO−3+ H2O 0,2mol 0,1mol 0,1mol Khối lượng chất tan trong B là tổng khối lượng các ion tạo ra các muối :

m = m K+

+ m Na+

+ m HCO

−

3 + m CO

− 2

3

= 0,2.0,5 39 + 0,2.1 23 + 0,1 61 + 0,1 60 = 20,6 (g)

VD3: Cho 5,6 lit khí SO 2 (đkc) vào:

* 400 ml dung dịch KOH 1,5 M.

* 250 ml dung dịch NaOH 0,8 M.

* 200 ml dung dịch KOH 2 M.

Tính nồng độ các chất trong dung dịch thu được

Hướng dẫn giải

n SO2= 5,6

* Với 400 ml dung dịch KOH 1,5 M.

nKOH=0,4.1,5= 0,6 mol

Ta có

2

0,6

0, 25

KOH

SO

n

n = >2 tạo muối trung hoà, KOH dư, tính theo SO2

2KOH + SO2 →K2SO3 + H2O 0,5 mol 0,25 mol 0,25mol

Theo pt nKOH dư = 0,6 - 0,5 = 0,1 mol => CM KOH = 0,1

0, 4= 0,25M

b, Bài tập áp dụng

1, Đốt cháy hoàn toàn 12,8 gam lưu huỳnh Khí sinh ra được hấp thụ hết bởi 150 ml dung dịch NaOH 20% (d= 1,28 g/ml) Tìm CM, C% của các chất trong dung dịch thu được sau phản ứng

2, Đốt cháy hoàn toàn 6,72 lit ( đkc) H2S

a, Tính lượng SO2 thu được

b, Cho lượng SO2 nói trên đi qua 37,5 ml dung dịch NaOH 25% (d=1,28) thì muối gì tạo thành Tính C% muối trong dung dịch thu được

c, Nếu cho lượng SO2 thu được trên a) đi vào 500 ml dung dịch KOH 1,6 M thì có muối gì được tạo thành Tính CM các chất trong dung dịch sau phản ứng

3, Cho 12,6 g hỗn hợp A chứa Mg và Al được trộn theo tỉ lệ mol 3:2 tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 đặc, nóng thu được khí SO2 (đkc)

a Tính % khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp A?

b Tính VSO2 ( 270 C; 5 atm)

c Cho toàn bộ khí SO2 ở trên vào 400 ml dung dịch NaOH 2,5 M Tính CM các chất trong dung dịch thu được

4, Cho 4,48 l SO2 ở đktc hấp thụ hết vào 500 ml dung dịch chứa hỗn hợp Ba(OH)2 0,2 M và NaOH 0,1 M Tính lượng kết tủa tạo thành

5, Cho 16,8 l CO2 (ở đktc) hấp thụ hoàn toàn vào 600 ml dung dịch NaOH 2M thu được dung dịch A Tính CM các muối trong dung dịch A

6, Xác định khối lượng muối thu được và nồng độ các chất trong dung dịch sau phản ứng khi cho 0,15 mol CO2 hấp thụ vào dung dịch NaOH 1M với:

a, V= 75 ml b, V= 150 ml

c, V= 300 ml d, V= 250 ml

7, Đốt cháy hoàn toàn 18 g FeS2 và cho tất cả SO2 thu được hấp thụ vào 2 l dung dịch Ba(OH)2

0,125M Tính khối lượng muối tạo thành

8, Dung dịch A chứa NaOH 1M và Ca(OH)2 0,01M Sục 2,24 lit khí CO2 vào 400ml dd A thu được kết tủa có khối lượng là bao nhiêu ?

2, Dạng 2: Cho biết sản phẩm tạo thành=> Yêu cầu tính lượng chất tham gia.

a, Cách xử lý: Dựa vào giả thiết để xác định sản phẩm tạo thành từ đó viết phương trình để

tính

+ Giả thiết cho sẵn loại muối tạo thành

+ Cho kiềm dư => tạo muối trung hoà;

+ Hấp thụ lượng oxit axit tối đa hay lượng bazơ cần dùng là tối thiểu=> tạo muối axit

+ CO2(SO2) pư với M(OH)2 tạo kết tủa  tạo muối trung hoà, , đun dung dịch sau phản ứng hoặc cho hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với kiềm thấy tạo thêm kết tủa có muối axit

+ CO2(SO2) phản ứng với MOH, dung dịch sau phản ứng tác dụng với BaCl2 (CaCl2 ) tạo kết tủa  CO2(SO2) tác dụng với MOH tạo muối trung hoà, lọc kết tủa cho phản ứng với M(OH) lại thấy xuất hiện kết tủa  phản ứng tạo cả muối axit

+ Giả thiết cho sau phản ứng của CO2(SO2) với MOH thu được muối thì thay vì phải xét 3 trường hợp( muối trung hoà hoặc muối axit hoặc hỗn hợp 2 muối) thì chỉ cần xét trường hợp tạo hỗn hợp hai muối rồi giải  dựa vào giá trị ẩn tìm được để kết luận chất: • nếu một trong hai ẩn = 0  có 1 muối;

• nếu 2 ẩn > 0  có 2 muối

+ Giả thiết cho sau phản ứng của CO2(SO2) với MOH thu chất rắn thì ta xét 02 trường hợp:

• Trường hợp: chất rắn là muối (giống xét ở trên)

• Trường hợp: chất rắn là muối trung hoà và bazơ dư

(Lưu ý: nếu tạo hỗn hợp muối và biết tỉ lệ mol của các muối thì nên dùng phương trình tổng g )

VD 1: Cho 11,2 lít SO 2 ở đktc hấp thụ vào 80 g dung dịch NaOH thu được hỗn hợp 2 muối

có tỉ lệ khối lượng muối trung hòa so với muối axit là 21: 26 Tính nồng độ của dung dịch NaOH đã dùng.

Bài làm

*Giải theo phương pháp thông thường

SO2 + NaOH NaHSO3 (1)

x mol x mol x mol

SO2 + 2 NaOH Na2SO3 + H2O (2)

y mol 2y mol y mol

Gọi x, y lần lượt là số mol SO2 tham gia pư (1)(2)

Theo gt ta có 0 , 5

4 , 22

2 , 11

=

=

Theo pt (1)(2) ta có n xmol

3 NaHSO =

nNa2SO3 = ymol

Mặt khác, theo gt

26

21

3

3

2 =

NaHSO

SO Na

m m

3

2 26

21 104

126

=

= >

=

⇔

x

y x

y

⇔ 2 x − 3 y = 0 (II)

Từ (I) và (II) ta có hệ pt

x + y = 0,5 => x = 0,3

2x - 3y = 0 y = 0,2

Theo pt (1)(2) ta có

∑ nNaOH = x + 2 y = 0 , 3 + 2 0 , 2 = 0 , 7 mol

Vậy nồng độ dung dịch NaOH đã dùng là:

100 % 35 %

80

40 7 , 0

C

*Giải theo phương pháp cân bằng phương trình tổng gộp

Theo gt

3

2 126 26

104 21 26

21

3

3 2 3

3

NaHSO

SO Na NaHSO

SO Na

n

n m

m

Vậy ta có ptpư sau:

5SO2 + 7NaOH 3NaHSO3 + 2Na2SO3 + 2H2O (3)

Theo pt (3) ta có:nNaOH nSO 0 , 7 mol

4 , 22

2 , 11 5

7

5

7

=

Vậy nồng độ dung dịch NaOH đã dùng là:

VD2: Cho 5,6 lít SO 2 tác dụng với 200 ml dung dịch Ba(OH) 2 ta được 44,125 (g) hỗn hợp BaSO 3 và Ba(HSO 3 ) 2 Tính nồng độ dung dịch Ba(OH) 2

Hướng dẫn

Ba(OH)2 + SO2→BaSO3 + H2O (1)

xmol x mol xmol

Ba(OH)2 + 2SO2 → Ba(HSO3)2 (2)

y mol 2y mol ymol

n SO2= 22, 45,6 = 0,25mol

Gọi số mol mỗi muối BaSO3; Ba(HSO3)2 là x, y mol=>217x + 299y = 44,125 (I)

Theo pt (1)(2) ∑ nCO2 = + x 2 y = 0, 25 (II)

Từ (I) và (II) ta có hệ pt

x + 2y = 0,25 => x = 0,1

217x + 299y = 44,125 y = 0,075

CM Ba(OH)2 = 0,175

0,875

VD3: Nhiệt phân hoàn toàn 20 g hỗn hợp MgCO 3 , CaCO 3 , BaCO 3 thu được khí B Cho khí

B hấp thụ hết vào nước vôi trong thu được 10 gam kết tủa và dung dịch C Đun nóng dung dịch C tới phản ứng hoàn toàn thấy tạo thành thêm 6 gam kết tủa Hỏi % khối lượng của MgCO 3 nằm trong khoảng nào?

Hướng dẫn: Các PTHH:

MgCO3 →t0 MgO + CO2(k) (1)

CaCO3  →t0 Ca0 + CO2(k) (2)

BaCO3 →t0 BaO + CO2(k) (3)

CO2(k) + Ca (OH)2(dd) → CaCO3(r) + H2O(l) (4)

2CO2(k) + Ca(OH)2(dd) →Ca(HCO3)2(dd) (5)

Ca(HCO3)2 →t0 CaCO3(r) + CO2(k) + H2O(l) (6)

Theo phương trình phản ứng (4) và (6) ta có:

nCaCO3 = 0,1 + 0,06 = 0,16 (mol)  n CO2 = 0,1 + 0,06 x 2 = 0,22 (mol)

theo phương trình phản ứng (1) , (2) , (3), (4 ), (5) ta có:

Tổng số mol muối: n muối = n CO2 = 0,22 (mol)

Gọi x, y, z lần lượt là số mol của muối: MgCO3, CaCO3, BaCO3 có trong 100 gam hỗn hợp và tổng số mol của các muối sẽ là: x + y + z = 1,1 mol

Vì ban đầu là 20 gam hỗn hợp ta quy về 100 gam hỗn hợp nên nmuối = 1,1 (mol)

Ta có: 84x + 100y + 197z = 100 -> 100y + 197z = 100 – 84x

Và x + y + z = 1,1 -> y + z = 1,1 – x

< > 100 < 100 197 100 84

1,1

+ − < 197

> 52,5 < 84x < 86,75

Vậy % lượng MgCO3 nằm trong khoảng từ 52,6% đến 86,75 %

VD3: Hoà tan hoàn toàn 25,2 g một muối cacbonat của kim loại hóa trị II bằng dung dịch HCl

7,3% (D = 1,038 g/ml) Cho toàn bộ khí CO2 thu được vào

500 ml dung dịch NaOH 1M thì thu được 29,6g muối

Xác định CTHH của muối cacbonat

Tính thể tích của dung dịch HCl đã dùng

Hướng dẫn:

a/ Đặt công thức của muối cacbonat là MCO3

Các PTHH:

MCO3 + 2 HCl MCl2 + CO2 + H2O (2)

NaOH + CO2 NaHCO3 (3)

a a a

2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O (4)

2b b b

Số mol NaOH: nNaOH = 0,5 1 = 0,5 mol

Gọi a, b lần lượt là số mol CO2 tham gia ở phản ứng (3) và (4)

Theo phương trình và bài ta có:

nNaOH = a + 2b = 0,5 mol (5)

mmuối = 84 a + 106 b = 29,6 g (6)

Giải (5) và (6) ta được: a = 0,1mol ; b = 0,2mol

⇒ Số mol CO2 tạo thành ở (2):

nCO2 = a + b = 0,1 + 0,2 = 0,3 mol

Theo pt (2):

nMCO3= nCO2 = 0,3 mol.

Khối lượng phân tử của muối ban đầu:

⇒ 3 25,2

0,3

MCO

M = = 84

⇔ M + 60 = 84 ⇒ M = 24 đvC.

Vậy M là Mg suy ra CTHH của muối cần tìm: MgCO3

b, Bài tập vận dụng

1, Khi cho m gam hỗn hợp Mg, MgCO3 tác dụng với dung dịch HCl dư thu 22,4 l hỗn hợp khí

ở đktc Dẫn hh khí qua 500 ml dung dịch NaOH 2M Sau phản ứng thu 50,4 g chất rắn khan Tính m?

2, Cho 10,08 l CO2 hấp thụ vào dung dịch NaOH 1M Tính V dung dịch NaOH để: - Thu được muối trung hòa

- Thu được muối axit

- Thu được 41,1 g hỗn hợp 2 muối

- Thu được hỗn hợp 2 muối: muối trung hòa và muối axit theo tỉ lệ mol 3: 1; hoặc tỉ lệ khối lượng 10,6: 12,6

3, Cho 200 ml dung dịch KOH 1M Tính khối lượng SO2 cần dùng để pư với hỗn hợp trên để:

a, Tạo muối trung hòa

b, Tạo muối axit

c, Tạo hỗn hợp muối axit và muối trung hòa theo tỉ lệ mol 2: 1

4, Nung muối cacbonat của kim loại hoá trị II sau một thời gian thu 0,732 g chất rắn A và khí B

- Hoà tan A vừa vặn trong dd chứa 0,03 mol HCl

- B hấp thụ hết vào V lít dd Ca(OH)2 0,02M thấy tạo 1 g kết tủa Đun sôi dd lại thấy xuất hiện 0,1 g ktủa mới Tính V và xác định kloại trong muối cacbonat

5, Nung m gam hỗn hợp X gồm 2 muối cacbonat trung tính của 2 kim loại A và B đều có hóa

trị II Sau 1 thời gian thu 3,36 l CO2 ở đktc và còn lại hỗn hợp chất rắn Y Cho Y tác dụng với dung dịch HCl dư rồi cho khí thoát ra hấp thụ hoàn toàn trong dung dịch Ca(OH)2 dư thu 15 gam kết tủa Phần dd đem cô cạn thu 32,5 g hỗn hợp muối khan.Tính m Tìm A, B nếu biết chúng thuộc cùng nhóm IIA và ở 2 chu kì liên tiếp

6, Tỉ khối hơi cuả hỗn hợp X gồm SO2 , CO2 so với N2 bằng 2.Cho 0,112 lít (đktc) hh X qua

500 ml dd Ba(OH)2 Sau thí nghiệm phải dùng 25 ml dd HCl 0,2 M để trung hòa lượng Ba(OH)2 dư Tính số mol trong hỗn hợp X và tính nồng độ Ba(OH)2 trong hỗn hợp đầu.Trình bày cách nhận biết mỗi khí trong hỗn hợp X

7, Cho 10,8 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại kế tiếp nhau trong phân nhóm chính

nhóm II tác dụng với dd H2SO4 loãng dư Chất khí thu được cho hấp thụ hoàn toàn vào dd