Rèn luyện kỹ năng giải bài tập về CO2 và muối cacbonat

Khi gặp những dạng bài tập này tôi thấy học sinh khálúng túng nhất là bài tập liên quan đến đồ thị, muối cacbonat tác dụng với axit ...các em mất nhiều thời gian để giải hoặc chọn phương

8 2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2

9 2.3 Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề 2

10 2 3.1 Phân dạng bài tập về CO2 và muối cacbonat 2

11 2 3.2 Những kiến thức cơ bản và lý thuyết cần trang bị cho học sinh 3

12 2.3.3 Cách giải các dạng bài tập về CO2 và muối cacbonat 4

13 2.3.3.1 Cách giải các dạng bài tập về CO2 4

14 2.3.3.2 Cách giải các dạng bài tập về muối cacbonat 10

15 2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục ,với

1 Mở đầu

1.1 Lý do chọn đề tài

Trong học tập môn hóa học việc giải bài tập hóa học có ý nghĩa rất quan

trọng Giúp học sinh nhớ được các kiến thức đã học, củng cố, đào sâu và mở

rộng kiến thức một cách sinh động, phong phú, hấp dẫn Rèn luyện các kỹ năng hoá học như tính toán theo công thức hoá học và PTHH… , rèn kỹ năng thực

hành, góp phần vào việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh Thông qua

giải bài tập hóa học rèn luyện tính kiên nhẫn, tính tích cực, trí thông minh sáng tạo, làm tăng hứng thú học tập cho học sinh

Dạng bài tập về CO2 và muối cacbonat có trong đề thi tuyển sinh đại học,cao đẳng, thi THPTQG Khi gặp những dạng bài tập này tôi thấy học sinh khálúng túng nhất là bài tập liên quan đến đồ thị, muối cacbonat tác dụng với axit các em mất nhiều thời gian để giải hoặc chọn phương án bỏ qua Bài tập về CO2

và muối cacbonat thường xuyên đề cập đến có thể duy trì hứng thú học tập, pháttriển trí tuệ, tầm hiểu biết, trí thông minh ở học sinh Dạng bài tập này đượcnhiều giáo viên và học sinh có nhu cầu tìm hiểu để giảng dạy và nâng cao kiếnthức song do gặp khó khăn trong việc siêu tầm tài liệu nên chưa phân dạng và hệthống được các phương pháp giải cho từng dạng toán về phản ứng hoà tan kếttủa trong hóa học vô cơ

Khảo sát chất lượng học sinh lớp 12 năm học 2019-2020 (khi mới làmquen với dạng toán về CO2 và muối cacbonat), tôi thu được kết quả:

Với những lý do trên tôi chọn đề tài: “ Rèn luyện kỹ năng giải bài tập về

CO 2 và muối cacbonat” nhằm giúp các em học sinh hiểu rõ bản chất, tự tin khi

làm dạng bài tập này Hy vọng đề tài này là một tài liệu tham khảo hữu ích chocác em học sinh và đồng nghiệp

1.2 Mục đích nghiên cứu

Tuyển chọn, xây dựng, phân dạng các bài tập về CO2, muối cacbonat và phương pháp giải để học sinh hiểu rõ bản chất, từ đó có phương pháp làm bài tập nhanh và hiệu quả

Nghiên cứu đề tài còn nhằm giúp bản thân tôi xây dựng được phương pháp dạy dạng toán về CO2 và muối cacbonat sao cho có hiệu quả nhất Từ những kết quả đạt được của đề tài, tôi muốn được trao đổi với đồng nghiệp, cùng đồng nghiệp xây dựng, rút ra được cách dạy dạng toán về CO2 và muối cacbonat đạt hiệu quả cao nhất.

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Các bài tập hóa học về CO2 và muối cacbonat trong chương trình hóa học phổ thông

- Phương pháp giải các bài tập hóa học về CO2 và muối cacbonat

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thông tin

- Nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết: Thu thập các tài liệu liên quan đến chủ

đề nghiên cứu như các văn bản, nghị quyết, thông tư, các chuyên đề, sách thamkhảo, tài liệu bồi dưỡng thường xuyên …

- Quan sát sư phạm: ghi nhật ký chi tiết

- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu

- Tổng hợp tài liệu để định hướng giải pháp

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm

2.1 Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm

Trong thời gian qua Bộ giáo dục và đào tạo liên tục đổi mới các hình thức kiểm tra đánh giá để phát triển toàn diện học sinh Từ hình thức thi tự luận sang hình thức thi trắc nghiệm Từ thời gian làm bài dài sang ngắn mà số lượng câu hỏi và bài tập nhiều buộc người học phải học thực sự và phải có tư duy nhanh nhạy, thông minh sáng tạo mới có thể đạt kết quả cao Để dạy học học sinh thíchứng với các hình thức thi mới này người giáo viên phải luôn “ vận động” tìm tòi các phương pháp giải nhanh, xây dựng hệ thống bài tập và phân dạng các bài tập

để học sinh dễ tiếp thu và vận dụng giải quyết nhanh được các bài tập

2.2 Thực trạng của vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm

Các bài tập hóa học về CO2 và muối cacbonat cũng có nhiều tài liệu viết nhưng chưa hệ thống thành các dạng, chưa đưa ra phương pháp chung để giải cho mỗi dạng

Trong những năm gần đây bài tập hóa học về CO2 và muối cacbonat

thường xuất hiện trong các đề thi đại học, cao đẳng nay là thi THPT quốc gia và học sinh thường gặp khó khăn khi giải chúng Hơn nữa thời gian yêu cầu cho một bài tập trong kì thi THPT quốc gia là rất ngắn Vì vậy người giáo viên phải tìm ra phương pháp để giải nhanh dạng bài tập này

Khó khăn lớn nhất khi dạy cho học sinh dạng bài tập này là phải làm cho học sinh hiểu được bản chất của các quá trình hóa học để từ đó sử dụng phươngpháp giải phù hợp hoặc sử dụng công thức tính nhanh, làm các bài tập về đồ thị Ngoài ra còn phải kết hợp một số kiên thức toán học như tính chất của tam giác đồng dạng, tam giác vuông, cân…để giải quyết dạng bài tập liên quan đến

đồ thị Vì vậy việc sưu tầm, phân dạng các dạng bài tập dạng này và phương pháp giải chúng là quan trọng và cần thiết

2.3 Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề

Tôi đã sưu tầm các bài tập dạng này trong các đề thi đại học – cao đẳng của

Bộ GD và ĐT và đề thi thử của các trường THPT rồi giải, sau đó phân ra từng

dạng và phương pháp giải các dạng đó Tôi cũng đã áp dụng vào thực hànhgiảng dạy cho các học sinh ôn thi đại học, cao đẳng thi THPTQG, khi giảng dạytôi nhận thấy các em tiếp thu tốt và giải nhanh được các bài tập tương tự Tronggiới hạn của đề tài này tôi chỉ phân ra thành các dạng bài tập như sau:

Dạng 3: Giải bài toán CO2 tác dụng với dung dịch bazơ (NaOH,Ca(OH)2

Ba(OH)2 bằng phương pháp đồ thị

Bài toán về muối cacbonat

Dạng 1: Nhỏ từ từ dung dịch H+ vào dung dịch hỗn hợp muối ( 

3

HCO và CO32- ).Dạng 2: Giải bài toán nhỏ từ từ dung dịch H+ vào dung dịch hỗn hợp muối (

HCO và CO32- ) vào dung dịch

H+ Dạng 4: Trộn hoặc cho nhanh hỗn hợp ( 

Dạng 6: Muối cacbonat tác dụng với dung dịch kiềm

Dạng 7: Nhiệt phân muối cacbonat

2 3.2 Những kiến thức cơ bản và lý thuyết cần trang bị cho học sinh

* CO 2 là một oxit axit

CO2 tác dụng với dung dich bazơ NaOH, KOH, Ca(OH)2 (hoặc Ba(OH)2)thứ tự phản ứng:

Ca(OH)2 + CO2   CaCO3 + H2O

(2NaOH +CO2 Na2CO3 + H2O)

Khi Ca(OH)2 hết, CO2 dư, xảy ra phản ứng CO2 với muối trung hòa

CO2 + H2O + CaCO3   Ca(HCO3)2

(CO2 +H2O +Na2CO3   2NaHCO3)

* Tính chất của muối cacbonat

Các muối cacbonat tác dụng với axit, giải phóng khí CO2

Ví dụ : NaHCO3 +HCl NaCl +CO2 +H2O

HCO3- + H+

 CO2 +H2O Na2CO3 + 2HCl 2NaCl +CO2 +H2O

CO32- + 2H+

CO2 +H2O

- Tác dụng với dung dịch kiềm

Các muối hidrocacbonat dễ tác dụng với dung dịch kiềm

Ví dụ : NaHCO3 +NaOH  Na2CO3 +H2O

Ví dụ :(NH4)2CO3 t o

  NH4HCO3 +NH3 (NH4)2CO3 t o

  2NH3 + CO2 +H2O CaCO3 t o

  CaO +CO2 (Nhiệt độ từ 9000C -10000C) FeCO3 t o

  FeO +CO2 (Nung không có không khí) 4FeCO3 +O2 t o

  2Fe2O3 +4CO2 (Nung có không khí) 2NaHCO3 t o

  Na2CO3 + CO2 +H2O Ca(HCO3)2 t o

  CaO +2CO2 +H2O + Dạng dung dịch khi đun nóng muối axit tạo muối trung hòa

2NaHCO3 t o

  Na2CO3 + CO2 +H2O Ca(HCO3)2 t o

  CaCO3 +CO2 +H2O

2.3.3.1 Cách giải các dạng bài tập về CO2

khi biết số mol các chất tham gia.

-(NaOH, Ca(OH)2 Ba(OH)2…) Xác định các chất tạo thành sau phản ứng

- Nếu OH- dư CO2 hết chỉ xảy ra phản ứng

CO2 + 2OH-   CO32- + H2O

(I)

- Nếu OH- phản ứng hết, CO2 phản ứng một phần CO3

2-Sau phản ứng n CO2  = nCO2= a mol

Trường hợp nếu CO 2 phản ứng với 1 bazơ là Ca(OH) 2 hoặc Ba(OH) 2

Ba(OH)2 + CO2   BaCO3 + H2O

n = nCO2 = a mol  n = n OH  n CO2

Nhận thấy về mặt bản chất thì thứ tự phản ứng:

CO2 + 2OH-   CO32- + H2O (1)

Số mol phản ứng b/2 b b/2

Khi OH- hết, CO2 dư phản ứng tiếp với CO32-

CO2 + CO32- + H2O   2 HCO3- (2)

Số mol phản ứng a - b/2 a- b/2

( II )

Ví dụ 1: (Câu 27 mã đề 263 Đề thi ĐH khối A năm 2008)

Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (ở đktc) vào 500ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M, sinh ra m gam kết tủa Giá trị của m là

25 , 0

n

y x n

y x

Ví dụ 2: (Câu 2 mã đề 739 Đề thi ĐH khối B năm 2014)

Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lít khí CO2 (đktc) vào dung dịch chứa 0,15 mol NaOH

và 0,1 mol Ba(OH)2, thu được m gam kết tủa Giá trị của m là

n = n OH  n CO2

2.0,1 0,15 n

2n n

n

n

2 2

Ba(OH) NaOH

mol chất tham gia còn lại.

Ba(OH)2 hoặc Ca(OH)2 ) sau phản ứng thu được c mol kết tủa.Tính số mol CO2

*Phương pháp

- Nếu b = c  Chỉ có phương trình tạo kết tủa

Ba(OH)2 + CO2   BaCO3 + H2O

 n CO2= n

- Nếu b > c Xét hai trường hợp

Trường hợp 1: Ba(OH)2(Hoặc Ca(OH)2) dư (chỉ có phương trình tạo kết tủa )

Tính theo công thức (I): n CO2 = n

Trường hợp 2: Ba(OH)2(Hoặc Ca(OH)2) hết, CO2 hòa tan một phần kết tủa

Tính theo công thức (II) :

Ví dụ 1 :(Đề thi thử THPTQG lần 3 năm 2017-2018 Trường THPT chuyên

0,2 mol Ca(OH)2, sau phản ứng hoàn toàn thu được 10 gam kết tủa Phần trăm thể tích khí N2 nhỏ nhất trong hỗn hợp A là :

Hướng dẫn giải

1 , 0 100

Tính theo công thức (II)

nkết tủa= n OH  nCO2  nCO2 =n OH  nkết tủa =0,4 -0,1 = 0,3 mol

NaOH 1M và Ba(OH)2 0,5M thu được 15,76 gam kết tủa Giá trị của V là:

A 0,896 B 1,792 hoặc 7,168 C 1,792 D 0,896 hoặc 3,584

Hướng dẫn giải

08 , 0 197

Trường hợp 1: Ba(OH)2dư (chỉ có phương trình tạo kết tủa )

Tính theo công thức (I):

Ba(OH)2 (hoặc Ca(OH)2) sau phản ứng thu được c mol kết tủa Tính số mol Ba(OH)2 (hoặc Ca(OH)2)

* Phương pháp

- Nếu a = c  Chỉ có phương trình tạo kết tủa

Ba(OH)2 + CO2   BaCO3 + H2O

 n Ba (OH) 2 = n CO2

- Nếu a > c  tạo 2 muối BaCO3, Ba(HCO3)2

Bảo toàn nguyên tố C  n Ba ( HCO3)2 ; Bảo toàn nguyên tố Ba  n Ba (OH) 2

Ca(OH)2 x M thì thu được 30 gam kết tủa Giá trị của x là

A 0,6 B 0,8 C 0,5 D 0,9

Hướng dẫn giải

3 , 0 100

Bảo toàn nguyên tố C  n C = 0,3 +2a =0,5  a =0,1

Bảo toàn nguyên tố Ca  n Ca (OH)2 = 0,3 +a = 0,3 +0,1 = 0,4

phản ứng thu được c mol kết tủa ( 0 < c < b) Tính số mol CO2

* Phương pháp

Hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị: Khi sục CO2 vào dd Ba(OH)2 xảy ra phản ứng:

CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O ( Đoạn (I) đồ thị đồng biến- nửa trái)

Khi CO2 dư:

BaCO3 + CO2 + H2O → Ba(HCO3)2 (đoạn (II), đồ thị nghịch biến- nửaphải)

Lưu ý:

+ Hình dáng đồ thị: Tam giác vuông cân

+ Tọa độ các điểm quan trọng:

Điểm xuất phát: (0,0) ; Điểm cực đại: (b, b)

kết tủa cực đại là b mol; Điểm cực tiểu: (2b, 0)

- Thiết lập công thức tính nhanh

Dùng tính chất của tam giác vuông cân ta dễ dàng xác định được

diễn trên đồ thị như sau (Số liệu tính theo đơn vị mol) Giá trị của x là :

A 1,8(mol) B 2,2(mol)

C 2,0(mol) D 2,5(mol)

Hướng dẫn giải

Cách 1: Dùng tính chất của hình học

Tam giác to là tam giác vuông cân có cạnh đáy x = 2b

Hai tam giác vuông cân hai cạnh góc vuông bằng b, góc bằng 45o

Tam giác vuông cân nhỏ đồng dạng, cạnh góc vuông bằng: 0,5b

1,5 x

b 0,5b

3

BaCO

n

Bài toán 2: Cho từ từ đến dư khí CO2 tác dụng với dung dịch hỗn hợp gồm b

mol Ba(OH)2 và c mol NaOH Sau phản ứng thu được d mol kết tủa ( 0<d<b)

Tính số mol khí CO2

* Phương pháp

+ Hướng dẫn học sinh vẽ đồ thị

Các phương trình phản ứng xảy ra:

CO2 + Ba(OH)2  BaCO3 + H2O - đoạn (I)

CO2 + 2NaOH  Na2CO3 + H2O

dư CO2: Na2CO3 + CO2 + H2O  2NaHCO3

Phương trình chung: CO2 + NaOH  NaHCO3 (đoạn (II), kết tủa không đổi )

dư CO2: BaCO3 + CO2 + H2O  Ba(HCO3)2 (đoạn (III)

Lưu ý: Hình dáng của đồ thị: Hình thang cân

Tọa độ các điểm quan trọng:

Điểm xuất phát: (0,0); Điểm cực đại

(kết tủa cực đại): (b,b) ; Điểm cực tiểu: (2b+c, 0)

+ Thiết lập công thức tính nhanh

Dựa vào tính chất của đồ thị ta dễ dàng xác định được: x1 = d ; x2 = 2b+c-d

Như vậy: Nửa trái của đồ thị: n CO n

2 , Nửa phải n CO  n Ca OH n NaOH  n

2

2 2 ( )

Ví dụ: (Đề thi thử THPTQG Sở GD và ĐT Bắc Giang 2017 )

Cho m gam hỗn hợp Na và Ba vào nước dư, thu được dung dịch X và V lít khí

H2 (đktc) Sục khí CO2 từ từ đến dư vào dung dịch X, lượng kết tủa được thể

hiện trên đồ thị sau:

(III) (II)

d b

Từ cách xây dựng đồ thị ta suy ra : n CO n

2 = b = 0,18 (1)42

, 0

2 bc

n CO (2) Từ (1) và (2) ta giải được b = 0,18 ; c = 0,24 mol

=> m = 137 0,18 + 23 0,24 = 30,18 gam; V H2(đktc) = (b +0,5c).22,4 = 6,72 lit

=> Đáp án B

2.3.3.2 Cách giải các dạng bài tập về muối cacbonat

3

CO32- )

hỗn hợp gồm b mol CO32 và c mol HCO3 Xác định sản phẩm tạo thành

Ví dụ 1: (Câu 11 mã đề 182 Đề thi ĐH khối A năm 2007)

Cho từ từ dung dịch chứa a mol HCl vào dung dịch chứa b mol Na2CO3 đồng thời khuấy đều, thu được V lít khí (ở đktc) và dung dịch X Khi cho dư nước vôitrong vào dung dịch X thấy có xuất hiện kết tủa Biểu thức liên hệ giữa V với a,

Ví dụ 2: (Câu 39 mã đề 296 Đề thi ĐH khối A năm 2012)

Cho hỗn hợp K2CO3 và NaHCO3 (tỉ lệ mol 1 : 1) vào bình dung dịch

Ba(HCO3)2 thu được kết tủa X và dung dịch Y Thêm từ từ dung dịch HCl 0,5M vào bình đến khi không còn khí thoát ra thì hết 560 ml Biết toàn bộ Y phản ứng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 1M Khối lượng kết tủa X là

A 3,94 gam B 7,88 gam C 11,28 gam D 9,85 gam

Giải:

Gọi số mol các chất K2CO3, NaHCO3,Ba(HCO3)2 lần lượt là x, x, y mol

Do Y phản ứng với 0,2 mol NaOH nên nHCO3- = 0,2 mol

HCO3- + OH

 CO32- +H2O  

3

HCO

n = x+2y = 0,2 (*)

Khi thêm từ từ dung dịch HCl 0,5M vào dung dịch Y đến khi không còn khí

thoát ra xảy ra cả 2 phản ứng (1), (2) và sau phản ứng (2) HCO3— hết

CO32 và c mol HCO3 Sau phản ứng thu được d mol CO2 (0<d<b+c) Tính nH+

* Phương pháp

Khi cho từ từ dung dịch axit H+ vào dung dịch CO32-, HCO3- thì thứ tự phản

ứng xảy ra là:

H+ + CO32  HCO3 (đoạn (I), không có khí, đoạn nằm ngang)

Nếu dư H+: H+ + HCO3  CO2 + H2O (đoạn (II), tam giác vuông cân)

Dùng tính chất tam giác vuông cân

ta dễ dàng tìm được x1 = b+d

Lưu ý: Hs cần phải nhớ các tọa độ quan trọng

- Bắt đầu có khí (b; 0)

- Khí đạt cực đại: (2b+c; b+c)

( với b, c là số mol của ion CO32- và HCO3- )

mol NaHCO3 Số mol khí CO2 thu được phụ thuộc vào số mol HCl được biểu

diễn trên đồ thị sau (coi khí CO2 không tan trong nước):

0 I ) 450

II

2

CO n

0,15 0,35 nHCl

Bài toán 2: Nhỏ từ từ dung dịch axit (H+) vào dd hỗn hợp gồm b mol CO32 và

c mol OH Sau phản ứng thu được d mol CO2 (0<d<b) Tính số mol H+

* Phương pháp

Khi cho từ từ dd axit H+ vào dung dịch CO32-, OH- thì thứ tự phản ứng xảy ra là:

H+ + OH-  H2O đoạn (I), không có khí, đoạn nằm ngang)

H+ + CO32  HCO3 (đoạn (I), không có khí, đoạn nằm ngang)

Nếu dư H+: H+ + HCO3  CO2 + H2O (đoạn (II), đồ thị đồng biến, tam giác vuông cân)

Lưu ý: Hs cần nhớ các tọa độ quan trọng

Điểm bắt đầu có khí (c+b; 0)

Điểm khí đạt cực đại ( 2b+c; b) ,

số mol khí cực đại là b mol

*Ví dụ: (Đề thi khảo sát của Sở GD ĐT HÀ TĨNH năm 2019) Cho từ từ đến

dư HCl vào dung dịch chứa 0,08 mol K2CO3 và 0,06 mol NaOH Sự phụ thuộc

của lượng khí CO2 thoát ra (y mol) theo số mol của HCl được biểu diễn bằng đồ

b d 0 0



Hn

 H+ hết sau hai phản ứng ( 3) và (4)

Gọi số mol 

3

HCO ,CO32- đã phản ứng lần lượt là: ax, bx

2H+ + CO32-  CO2 +H2O (3)

Ví dụ 1:(Đề thi thử THPTQG lần 2 năm 2017 Chuyên Biên Hòa )

Nhỏ từ từ 100 ml dung dịch hỗn hợp K2CO3 0,05 M và KHCO3 0,15 M vào

150 ml dung dịch HCl 0,1M và khuấy đều Sau các phản ứng, thu được V ml khíCO2 (đktc) Giá trị của V là

 VCO2 (đktc)= 0,012 22,4 = 0,2688 (lit) = 268,8 ml => Đáp án C

ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch Y, thêm tiếp dung dịch Ca(OH)2 dư vào dung dịch Y thì thu được bao nhiêu gam kết tủa ?

Hướng dẫn giải:

nNa2CO3=0,5 0,2 =0,1 mol ; nKHCO3 =0,5 0,5 =0,25 mol ; nHCl= 0,18 1 =0,18 mol