Tinh thể kim cương thuộc loại nguyên tử điển hình, trong đó mỗi nguyên tử cacbon tạo 4 liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử cacbon lân cận nằm trên các đỉnh của tứ diện đều, độ dài l[r]
Trang 1BÀI TẬP CHUYÊN ĐỀ PHI KIM CACBON – SILIC VÀ HỢP CHẤT MÔN HÓA HỌC 11 NĂM
- Cacbon ở ô thứ 6, chu kỳ 2, nhúm IVA của bảng tuần hoàn
b Cấu hình electron nguyên tử
- Trong các dạng tồn tại của C, C vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học
- Trong các phản ứng hóa học C thể hiện hai tính chất:
Tính oxi hóa và tính khử Tuy nhiên tính khử vẫn là chủ yếu của C
II CACBON MONOXIT
Trang 2b Trong công nghiệp: Khử CO được điều chế theo hai phương pháp
- Là chất khí không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí
- CO2 (rắn) là một khối màu trắng, gọi là “nước đá khô” Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa, được dùng tạo môi trường lạnh không có hơi ẩm
b Tính chất hóa học
- Khí CO2 không cháy, không duy trì sự cháy của nhiều chất
- CO2 là oxit axit, khi tan trong nước cho axit cacbonic
CO2 (k) + H2O (l) H2CO3 (dd)
- Tác dụng với dung dịch kiềm
CO2 + NaOH → NaHCO3
CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O
Tùy vào tỉ lệ phản ứng mà có thể cho ra các sản phẩm muối khác nhau
2 Điều chế
a Trong phòng thí nghiệm
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
b Trong công nghiệp
- Khí CO2 được thu hồi từ qúa trình đốt cháy hoàn toàn than
IV AXIT CACBONIC - MUỐI CACBONAT
1 Axit cacbonic
- Là axit kém bền, chỉ tồn tại trong dung dịch loãng, dễ bị phân hủy thành CO2 và H2O
- Là axit hai nấc, trong dung dịch phân li hai nấc
HCO + H+ → CO2↑ + H2O
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2↑ + H2O
Trang 3MgCO3(r) t0 MgO(r) + CO2(k)
2NaHCO3(r) t0 Na2CO3(r) + CO2(k) + H2O(k)
V SILIC
1 Tính chất vật lý
- Silic có hai dạng thù hình: silic tinh thể và silic vô định hình
2 Tính chất hóa học
- Silic có các số oxi hóa: -4, 0, +2 và +4 (số oxi hóa +2 đặc trưng hơn)
- Trong các phản ứng hóa học, silic vừa thể hiện tính oxi húa vừa thể hiện tính khử
- Tan chậm trong dung dịch kiềm đặc nóng, tan dễ trong kiềm nóng cháy
SiO2 + 2NaOH t0 Na2SiO3 + H2O
- Tan được trong axit HF
SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O
- Dựa vào tính chất này, người ta dùng dung dịch HF để khắc chữ lên thủy tinh
2 Axit silixic
- H2SiO3 là chất ở dạng keo, khụng tan trong nước Khi mất một phần nước tạo thành vật liệu xốp là silicagen Dựng để hút hơi ẩm trong các thùng đựng hàng hóa
- Axit silixic là axit yếu, yếu hơn cả axit cacbinic nên bị axit này đẩy ra khỏi dung dịch muối
Na2SiO3 + CO2 + H2O → Na2CO3 + H2SiO3↓
3 Muối silicat
- Dung dịch đậm đặc của Na2SiO3 và K2SiO3 được gọi là thủy tinh lỏng
Trang 4- Vải tẩm thủy tinh lỏng sẻ khó cháy, ngoài ra thủy tinh lỏng cũng được dựng để chế tạo keo dán thủy tinh và sứ
B CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Bài tập về tính khử của CO; C
Chú ý:
Đốt cháy Cacbon bởi oxi: Có 2 trường hợp như sau:
+) Nếu thừa oxi: C + O2 → CO2
Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm CO2 và O2 (dư)
+) Nếu thiếu oxi: C + O2 → CO2 ; CO2 + C → 2CO
Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm CO2 và CO dư
VÍ DỤ MINH HỌA
Bài 1 Dẫn khí CO dư qua ống đựng bột một oxit sắt (FexOy) ở nhiệt độ cao Sau khi phản ứng kết
thúcthu được 0,84 gam sắt và dẫn khí sinh ra vào nước vôi trong dư thì thu được 2 gam kết tủa Xác định công thức phân tử của FexOy
Hướng dẫn
nCaCO3 = 2/100 = 0,02 mol; nFe = 0,84/56 = 0,015 mol
Phản ứng : FexOy + yCO > xFe + yCO2
0,02x/y 0,02
CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O
0,02 0,02
Ta có nFe = 0,02x/y = 0,015 => 0,015/0,02 = x/y
Vậy CTPT của oxit là Fe2O3
Bài 2 Khử 16 gam hỗn hợp các oxit kim loại : FeO, Fe2O3, Fe3O4, CuO và PbO bằng khí CO ở nhiệt độ cao, khối lượng chất rắn thu được là 11,2 gam Tính thể tích khí CO đã tham gia phản ứng (đktc)
Hướng dẫn
Áp dung ĐLBT khối lượng
nCO2 = nCO = x mol
moxit + mCO = mchất rắn +mCO2
28x – 44x = 11,2 – 16==> x = 0,3
Vậy VCO = 0,3.22,4 = 6,72 lit
Bài 3 Có 18 gam hỗn hợp 2 khí CO và CO2 chiếm thể tích 11,2 lít (đktc) Xác định thể tích khí CO sau
khi cho 18 gam hỗn hợp khí này qua than nóng đỏ (phản ứng hoàn toàn)
Hướng dẫn
Gọi nCO, nCO2 ban đầu lần lượt là x, y (mol), ta có 2 phương trình:
x + y = 0,5 và 30x + 46y = 18 x = 0,25 mol; y = 0,25mol
Pthh: CO2 + C 2CO (*)
Suy ra nCO( ở *) = 2nCO2 = 2x = 0,5 mol
Vậy tổng nCO = 0,25 + 0,5 = 0,75 mol VCO = 16,8 lít
BÀI TẬP RÈN LUYỆN
Câu 1: Cho luồng khí H2 dư qua hỗn hợp các oxit CuO, Fe2O3, ZnO, MgO nung nóng ở nhiệt độ cao
Trang 5Sau phản ứng, hỗn hợp chất rắn còn lại là :
A Cu, Fe, ZnO, MgO B Cu, Fe, Zn, Mg
C Cu, Fe, Zn, MgO D Cu, FeO, ZnO, MgO
Câu 2: Cho khí CO (dư) đi vào ống sứ nung nóng đựng hỗn hợp X gồm Al2O3, MgO, Fe3O4, CuO thu
được chất rắn Y Cho Y vào dung dịch NaOH (dư), khuấy kĩ, thấy còn lại phần không tan Z Giả sử các
phản ứng xảy ra hoàn toàn Phần không tan Z gồm
A MgO, Fe3O4, Cu B MgO, Fe, Cu C Mg, Fe, Cu D Mg, Al, Fe, Cu
Câu 3: Cho luồng khí CO (dư) đi qua 9,1 gam hỗn hợp gồm CuO và Al2O3 nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 8,3 gam chất rắn Khối lượng CuO có trong hỗn hợp ban đầu là
A 0,8 gam B 8,3 gam C 2,0 gam D 4,0 gam
Câu 4: Cho V lít hỗn hợp khí (ở đktc) gồm CO và H2 phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO
và Fe3O4 nung nóng Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32 gam Giá trị của V là :
A 0,224 lít B 0,560 lít C 0,112 lít D 0,448 lít
Câu 5: Dẫn từ từ V lít khí CO (ở đktc) đi qua một ống sứ đựng lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO,
Fe2O3 (ở nhiệt độ cao) Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí X Dẫn toàn bộ khí X ở trên vào lượng dư dung dịch Ca(OH)2 thì tạo thành 4 gam kết tủa Giá trị của V là
A 0,896 lít B 1,120 lít C 0,224 lít D 0,448 lít
Câu 6: Hoà tan hoàn toàn 20,0 gam một oxit kim loại bằng dung dịch H2SO4 loãng thu được 50,0 gam
muối Khử hoàn toàn lượng oxit đó thành kim loại ở nhiệt độ cao cần V lít khí CO (đktc) Giá trị của V là
A 2,80 lít B 5,60 lít C 6,72 lít D 8,40 lít
Câu 7: Cho H2 dư qua 8,14 gam hỗn hợp A gồm CuO, Al2O3 và FexOy nung nóng Sau khi phản ứng
xong, thu được 1,44g H2O và a gam chất rắn Giá trị của a là :
A 6,70g B 6,86g C 6,78g D 6,80g
Câu 8: Khử 3,48 g một oxit của kim loại M cần dùng 1,344 lít H2(đktc) Toàn bộ lượng kim loại M sinh
ra cho tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 1,008 lít H2 (đktc) Công thức oxit là :
A Fe3O4 B Fe2O3 C FeO D ZnO
Câu 9: Cho khí CO qua ống chứa 15,2g hỗn hợp gồm CuO và FeO nung nóng Sau một thời gian thu
được hỗn hợp khí B và 13,6g chất rắn C Cho B tác dụng với dung dịch Ca(OH)2 dư thu được m gam kết tủa Giá trị của m là :
A 15g B 10g C 20g D 25g
Câu 10: Dẫn một luồng khí CO dư qua ống sứ đựng m (g) Fe3O4 và CuO nung nóng đến khi phản ứng
hoàn toàn thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại Khí thoát ra khỏi bình được dẫn qua dung dịch nước vôi trong dư thu được 5 gam kết tủa Giá trị của m là :
A 6,24g B 5,32g C 4,56g D 3,12g
Câu 11: Chia 47,2 gam hỗn hợp gồm CuO, Fe2O3 và Fe3O4 thành 2 phần bằng nhau Phần 1 khử hoàn
toàn bằng CO dư ở nhiệt độ cao thu được 17,2 gam 2 kim loại Phần 2 cho tác dụng vừa đủ với dung dịch H2SO4 loãng, thu được m gam muối Giá trị của m là
A 124 g B 49,2 g C 55,6 g D 62 g
Câu 12: Cho 4,48 lít khí CO (ở đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến khi
phản ứng xảy ra hoàn toàn Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20 Công thức của
Trang 6oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng
A Fe2O3; 65% B Fe3O4; 75% C FeO; 75% D Fe2O3; 75%
Câu 13: Dẫn từ từ V lít hỗn hợp khí X (đktc) gồm CO và H2 qua ống sứ chứa 16,8 gam hỗn hợp CuO,
Fe3O4 và Al2O3 nung nóng đến khi X phản ứng hết, thu được hỗn hợp khí và hơi nặng hơn khối lượng
Câu 14: Cho hỗn hợp A gồm 0,1 mol Fe và 0,2 mol Fe2O3 vào trong một bình kín dung tích không đổi
11,2 lít chứa CO (đktc) Nung nóng bình 1 thời gian, sau đó làm lạnh tới 0oC Hỗn hợp khí trong bình lúc này có tỉ khối so với H2 là 15,6
a) Số gam chất rắn còn lại trong bình sau khi nung là
A 20,4g B 35,5g C 28,0g D 36,0g
b) Nếu phản ứng xảy ra với hiệu suất 100% thì số gam chất rắn sau khi nung là
A 28,0g B 29,6g C 36,0g D 34,8g
Câu 15: Hỗn hợp A gồm CuO và MO theo tỷ lệ mol tương ứng là 1: 2 (M là kim loại hóa trị không đổi)
Cho 1 luồng H2 dư đi qua 2,4 gam A nung nóng thu được hỗn hợp chất rắn B Để hoà tan hết B cần 40 ml dung dịch HNO3 2,5M và thu được V lít khí NO duy nhất (đktc) Hiệu suất các phản ứng đạt 100%
a) Kim loại M là
A Ca B Mg C Zn D Pb
b) Giá trị của V là
A 0,336 lít B 0,448 lít C 0,224 lít D 0,672 lít
Câu 16: Khử hoàn toàn 32,20 gam hỗn hợp gồm CuO, Fe2O3 và ZnO bằng CO ở nhiệt độ cao thu được
25,00 gam hỗn hợp X gồm 3 kim loại Cho X tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 thì thu được V lít khí
NO duy nhất (đktc) và dung dịch chứa m gam muối (không chứa NH4NO3)
a) Giá trị của m là
A 18,5g B 12,9g C 42,6g D 24,8g
b) Số lít khí CO (đktc) đã tham gia phản ứng là
A 15,68 lít B 3,92lít C 6,72 lít D 7,84 lít
Câu 18: Khử hoàn toàn 69,6 gam hỗn hợp A gồm FeO, Fe2O3, Fe3O4 và CuO ở nhiệt độ cao thành kim
loại cần 24,64 lít khí CO (đktc) và thu được x gam chất rắn Cũng cho 69,6 gam A tác dụng với dung
dịch HCl vừa đủ thu được dung dịch B chứa y gam muối Cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư thấy
Trang 7tạo thành z gam kết tủa
Câu 19: Khử hoàn toàn 18,0 gam một oxit kim loại M cần 5,04 lít khí CO (đktc) Công thức của oxit là
A Fe2O3 B FeO C ZnO D CuO
Câu 20: Dẫn một luồng khí CO qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp CuO, Fe2O3, Fe3O4 và Al2O3 rồi cho
khí thoát ra hấp thụ hết vào dung dịch nước vôi trong dư thu được 15 gam kết tủa Chất rắn còn lại trong ống sứ có khối lượng 215,0 gam Giá trị của m là
Dạng 2: Bài tập về phản ứng của CO 2 với các dung dịch kiềm
Bài toán thuận: Cho chất tham gia phản ứng, tìm sản phẩm: Với bài toán loại này ta chỉ cần tính tỉ số
mol gữa OH- và O2 (SO2)
Đặt k= nOH-/nCO2 Khi đó nếu:
+ k≤ 1 sản phẩm thu được là muối axit, tức là chi xảy ra phản ứng:
OH- + CO2 →HCO3- (1)
+ k≥ 2 sản phẩm thu được là muối trung hòa, tức là chỉ xảy ra phản ứng:
2OH- + CO2 → CO32-+ H2O (2)
+ 1< k < 2 : sản phẩm gồm cả 2 muối, tức là xảy ra cả (1) và (2), khi đó lập hệ phương trình theo số mol
CO2 và số mol OH- sẽ tìm được số mol 2 muối
Bài toán nghịch: Cho sản phẩm, hỏi chất tham gia phản ứng:
VD: Cho x mol CO2 tác dụng với a mol OH- tạo thành b kết tủa ( b mol muối trung hòa) Tìm giá trị x
biết a,b
Giải: Với bài toán này thì chúng ta chú ý đến giá trị a, b
- Nếu a=2b thì bài toán rất đơn giản x= b
- Nếu a> 2b thì bài toán có thể có 2 đáp số vì xảy ra 2 trường hợp
+ Trường hợp 1: OH- dư, tức là chỉ xảy ra phản ứng (2) Vậy x= b
+ Trường hợp 2; Xảy cả 2 phản ứng (1),(2): Vậy x= a-b
Ví dụ minh họa
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
Trang 8biết khổi lượng dd Y tăng hay giảm bao nhiêu so với dd Ca(OH)2 ban đầu?
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’
Lời giải
nCO2 = 0,15 mol nOH- = 0,21 mol, nCa2+ = 0,06 mol
CO2 + 2OH- → CO32- + H2O
nCO2 = 0,2 mol nOH- = 0,25 mol, nBa2+ = 0,1 mol
CO2 + 2OH- → CO32- + H2O
Trang 9Câu 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
Câu 6 Cho 0,448 lít CO2 (đktc) hấp thụ hết vào 100 ml dung dịch chứa hổn hợp NaOH 0,06M và
Ba(OH)2 0,12M thu được m gam kết tủa Giá trị của m:
Trang 10=> nBaCO3 = nOH- - nCO2= 0,25 -0,15 = 0,1 mol
Bảo toàn nguyên tố Ba
=> nBa(HCO3)2 = 0,125 – 0,1 = 0,025 mol
=>CM= 0,025: 0,125 = 0,2 M
Chọn B
Câu 9 Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít CO2 (đktc) vào 500ml dung dịch NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M Thì
sinh ra m gam kết tủa Giá trị của m
Ta có : nCO2 = nOH- – n CO32-
=> nBaCO3 = nOH- - nCO2 = 0,25 -0,2 = 0,05 mol
Câu 12 Hấp thu hết CO2 vào dung dịch NaOH được dung dịch A Biết rằng:Cho từ từ dung dịch HCl
vào dung dịch A thì phải mất 50ml dd HCl 1M mới thấy bắt đầu có khí thoát ra Mặt khác cho dd
Trang 11Ba(OH)2 dư vào dung dịch A được 7,88 gam kết tủa Dung dịch A chứa?
HCO3- + H+→ CO2 + H2O
=> chỉ mất 0,04 mlol HCl thì bắt đầu thoát khí
=> loại A
- Xét đáp án B: Thấy khí thoát ra ngay khi bắt đầu cho HCl vào do phản ứng:
HCO3- + H+→ CO2 + H2O
- Xét đáp án D: Thấy khí thoát ra ngay khi nHCl < 0,04
nHCl = 0,05-> có OH- trong dung dịch A
Chọn C
Câu 13 Dẫn 5,6 lít CO2 (đktc) vào bình chứa 200ml dung dịch NaOH nồng độ a M; dung dịch thu được
có khả năng tác dụng tối đa 100 ml dung dịch KOH 1M Giá trị của a là?
A 0,75 B 1,5 C 2 D 2,5
Lời giải
CO2 + 2OH- → CO32-+ H2O
nCO2 = 0,25 mol => nó tác dụng được với tối đa là 0,5 mol OH -
nKOH = 0,1 mol => nNaOH = 0,4 mol => CM = 2M
Chọn C
Câu 14 Hấp thụ 3,36 lít SO2 (đktc) vào 0,5 lít hỗn hợp gồm NaOH 0,2M và KOH 0,2M Cô cạn dung
dịch sau phản ứng thu được khối lượng muối khan là
Câu 15 Hấp thụ hết 0,672 lít CO2 (đktc) vào bình chứa 2 lít dung dịch Ca(OH)2 0,01M Thêm tiếp
0,4gam NaOH vào bình này Khối lượng kết tủa thu được sau phản ứng là?
Trang 12nCO2 = 0,03 mol <nOH- =0,05 mol< 2 nCO2 = 0,06 mol
=> dung dịch sau phản ứng có 2 muối
nCO32- = nOH - – nCO2 = 0,05 – 0,03 = 0,02 mol
Lượng kết tủa = 0,02 x100 = 2 gam
Chọn B
Một số 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
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
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: