Chuyên đề bồi dưỡng hoc sinh gioi hoa 8,9

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CO2 TÁC DỤNG
VỚI DUNG DỊCH BAZƠ
Mở đầu: Bài toán CO2 tác dụng với dung dịch bazơ là dạng bài tập thường gặp. Có thể chia thành ba dạng như sau:
Dạng 1: Bài toán của CO2 tác dụng với các dung dịch MOH (M là kim loại kiềm)
Dạng 2: Bài toán của CO2 tác dụng với các dung dịch R(OH)2 (R là kim loại kiềm thổ như Ca, Ba, Sr)
Dạng 3: Bài toán của CO2 tác dụng với dung dịch hỗn hợp MOH + R(OH)2
Dạng 1: Bài toán của CO2 tác dụng với các dung dịch kiềm MOH (M là kim loại kiềm).
Lấy ví dụ phản ứng của CO2 với dung dịch NaOH, các phương trình phản ứng có thể xảy ra như sau:
CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
CO2 + NaOH NaHCO3
Sinh ra sản phầm nào là phụ thuộc vào tỉ lệ mol của NaOH và CO2.
Cụ thể ta có sơ đồ sau:
n NaOH
1 2
n CO2 D- CO2 sinh ra cả 2 muối D- NaOH
NaHCO3 và Na2CO3
NaHCO3 Na2CO3





Nhìn vào sơ đồ trên ta có:
* Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO2 ≤ 1 thì chỉ sinh ra muối axit NaHCO3.
* Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO2 ≥ 2 thì chỉ sinh ra muối trung hoà.
* Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO2 lớn hơn 1 nhưng nhỏ hơn 2 thì tạo ra cả 2 muối.
* Chú ý: Nếu dư CO2 thì chỉ sinh ra muối axit.
Nếu dư NaOH thì chỉ sinh ra muối trung hoà.
Ví dụ 1: Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lít khí CO2 (đktc) vào 200 ml dung dịch NaOH 1M. Tính nồng độ mol của các chất có trong dung dịch thu được. Coi thể tích dung dịch không thay đổi.
Giải
Ta có tỉ lệ mol NaOH/CO2 = 1,33 => CO2 tác dụng với NaOH tạo ra 2 muối NaHCO3 và Na2CO3
(1) CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
x mol 2x mol x mol
(2) CO2 + NaOH NaHCO3
y mol y mol y mol
Lập và giải hệ phương trình:
x + y = 0,5 x = 0,05
2x + y = 0,2 y = 0,1
Nồng độ mol của Na2CO3 = 0,05/0,2 = 0,25 M
Nồng độ mol của NaHCO3 = 0,1/0,2 = 0,5 M
Ví dụ 2: Cho 4,48 lít CO2 (đktc) dẫn vào 60 gam dung dịch NaOH 20%. Xác định nồng độ % của muối trong dung dịch thu được.
Giải
Ta có tỉ lệ mol NaOH/CO2 = 1,58 => CO2 tác dụng với NaOH tạo ra 2 muối NaHCO3 và Na2CO3
(1) CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O
x mol 2x mol x mol
(2) CO2 + NaOH NaHCO3
y mol y mol y mol
Lập và giải hệ phương trình:
x + y = 0,2 x = 0,1
2x + y = 0,3 y = 0,1
m Na2CO3= 106 . 0,1 = 10,6 gam
m NaHCO3 = 84 . 0,1 = 8,4 gam
Áp dạng định luật bảo toàn khối lượng ta có
m CO2 + m dd NaOH = m dd = 0,2 . 44 + 60 = 68,8g
Nồng độ % các muối: C% Na2CO3 = 15,41%
C% NaHCO3 = 12,21%
Chú ý kinh nghiệm: Nếu tỉ lệ mol NaOH : CO2 =1,5 thì số mol 2 muối bằng nhau
Dạng 2: Bài toán của CO2 tác dụng với các dung dịch R(OH)2 (R là kim loại kiềm thổ như Ca, Ba, Sr)
Lấy ví dụ phản ứng của CO2 với dung dịch Ba(OH)2 Các phương trình phản ứng có thể xảy ra như sau:
(1) CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O
Nếu sau phản ứng (1) CO2 còn dư thì kết tủa bị hoà tan:
(2) CO2 + BaCO3 + H2O Ba(HCO3)2
Tuy nhiên để đơn giản nếu sản phẩm phản ứng sinh ra muối trung hoà và axit thì ta viết 2 phương trình sau:
(1) CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O
(2) 2CO2 + Ba(OH)2 Ba(HCO3)2
Lưu ý: muối axit sinh ra nếu đun nóng sẽ bị nhiệt phân
Ba(HCO3)2 BaCO3 + CO2 + H2O
to
Viết phương trình (2) không thể hiện bản chất nhưng thuận tiện cho việc tính toán
Sinh ra sản phầm nào là phụ thuộc vào tỉ lệ mol của CO2 và Ba(OH)2
Cụ thể ta có sơ đồ sau:
n CO2
n Ba(OH)2
D- Ba(OH)2
D- CO2
1
2
BaCO3
Ba(HCO3)2
Sinh ra cả 2 muối BaCO3 và Ba(HCO3)2
Cách vận dụng sơ đồ này tương tự như trường hợp CO2 + dung dịch MOH. Chú ý kinh nghiệm: Nếu tỉ lệ mol CO2 : Ba(OH)2 = 1,5 thì số mol 2 muối bằng nhau
Ví dụ 3: Cho 6,72 lít khí CO2 (đktc) hấp thụ hoàn toàn vào 200 ml dung dịch Ba(OH)2 1M, tính khối lượng muối thu được?
Giải
Ta có tỉ lệ mol CO2 : Ba(OH)2 =1,5 => xảy ra 2 muối
(1) CO2 + Ba(OH)2 BaCO3 + H2O
(2) 2CO2 + Ba(OH)2 Ba(HCO3)2
Ta có số mol BaCO3 = Số mol Ba(HCO3)2 = 0,1 mol
m BaCO3 = 197.0,1 = 19,7 gam
m Ba(HCO3)2 = 259.0,1 = 25,9 gam
Ví dụ 4: Sục V (lít) CO2 (đktc) vào 200 ml ddịch Ca(OH)2 1M, thu được 2,5 gam kết tủa. Tính V?
Giải
Với bài toán này ta không tính được tỉ lệ mol CO2 : Ca(OH)2 do đó có thể xét các trường hợp sau:
Trường hợp 1: Dư Ca(OH)2 , sản phẩm chỉ có muối trung hoà: Khi đó ta có phương trình:
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
Số mol CO2 = số mol CaCO3 = 0,025 mol
V CO2 = 0,56 lít
Trường hợp 2: CO2 và Ca(OH)2 vừa đủ, sản phẩm có cả muối trung hoà và muối axit. Ta có 2 phương trình:
(1) CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
(2) 2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2
Theo phương trình (1):
số mol CO2 pư (1) = số mol Ca(OH)2 pư (1) = số mol CaCO3 = 0,025 mol
Số mol Ca(OH)2 pư (2) = 0,2 - 0,025 = 0,175 mol
Theo phương trình (2):
Số mol CO2 pư (2) = 0,175.2 = 0,35 mol
Số mol CO2 = 0,025 + 0,35 = 0,375 mol.
V CO2= 8,4 lít
Lưu ý:
- Nếu số mol kết tủa < số mol Ca(OH)2 thì chia làm 2 trường hợp như trên.
- Nếu số mol kết tủa < số mol CO2 thì chắc chắn tạo ra 2 muối.
Dạng 3: Bài toán của CO2 tác dụng với dung dịch hỗn hợp MOH + R(OH)2.
Với dạng toán này sử dụng cách viết phương trình ion để tính. Các bước như sau:
Tính số mol các ion OH - ; M + ; R 2+
Sau đó tỉnh tỉ lệ mol OH - ; CO2
Để xem rơi vào trường hợp nào rồi vận dụng sơ đồ sau để viết phương trình.
n OH -
n CO2
D- CO2
D- OH -
1
2
HCO3-
CO32-
Sinh ra cả 2 muối HCO3- và CO32-
Ví dụ 5 : Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lít khí CO2 (đktc) vào 500 ml 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: A. 19,70 B.17,73 C.9,85 D.11,82
Giải
Trước hết tính số mol OH -
Số mol NaOH = 0,5.0,1 = 0,05 mol
NaOH Na+ + OH -
0,05 0,05 0,05
Số mol Ba(OH)2 = 0,5.0,2 = 0,1 mol
Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH -
0,1 0,1 0,2
Tổng số mol OH - = 0,05 + 0,2 = 0,25 mol
Tỉ lệ mol OH - : CO2 = 0,25 : 0,2 = 1,25
sẽ tạo ra 2 loại muối (muối axit và muối trung hoà)
2 OH - + CO2 CO32 - + H2O
2x : x : x
OH - + CO2 HCO3-
y : y : y
(3) Ba2+ + CO32 - BaCO3
Ta có hệ phương trình
x + y = 0,2
2x + y = 0,25
x = 0,05
y = 0,15
Tính theo pt (3), Ba2+ sẽ dư, CO32 - hết
Số mol BaCO3=0,05 => BaCO3 = 9,85g
m
Ví dụ 6 : Cho 18,3g hỗn hợp X gồm Na và Ba vào nước thu được dung dịch Y và 4,48 lít H2 (đktc). Xác định thể tích CO2 (đktc) cho vào dung dịch Y để thu được kết tủa cực đại?
A. 1,12 lít ≤ V ≤ 6,72 lít B. 2,24 lít ≤ V≤ 6,72 lít
C. 2,24 lít ≤ V≤ 4,48 lít D. 4,48 lít ≤ V≤ 6,72 lít
Giải
Trước hết đi tìm số mol NaOH và Ba(OH)2
Na + H2O NaOH + ½ H2
Ba + 2 H2O Ba(OH)2 + H2
Gọi số mol của Na và Ba lần lượt là x và y mol, ta có hệ
23x + 137y = 18,3
1/2x + y = 0,2
x = 0,2
y = 0,1
Số mol NaOH = 0,2; số mol Ba(OH)2 = 0,1.
Trong dung dịch Y có : 0,4 mol OH -; 0,2 mol Na+ và 0,1 mol Ba2+
Số mol kết tủa cực đại = số mol Ba2+ = 0,1.
Do đó để thu được lượng kết cực đại thì khi cho CO2 hấp thụ vào dung dịch Y phải tạo ra 0,1 mol CO32-
Ta có 2 trường hợp
Trường hợp 1 : Chỉ có 1 phản ứng
2 OH - + CO2 CO32 - + H2O
Số mol CO2 = số mol CO32- = 0,1 ( OH- dư )
CO2 = 2,24 lít
V
Trường hợp 2 : Có 2 phản ứng
2 OH - + CO2 CO32 - + H2O
0,2 : 0,1 : 0,1
OH - + CO2 HCO3-
0,2 : 0,2
Số mol CO2 = 0,3 ==> CO2 = 6,72 lít
V
Kết hợp 2 trường hợp ta dễ dàng thấy để thu được lượng kết tủa cực đại thì
B. 2,24 lít ≤ V≤ 6,72 lít
TÍNH CHẤT HÓA HỌC VÀ ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI
Tác dụng với phi kim
1) Tác dụng với halogen: Tạo thành muối halogenua
VD: Cu + Cl2 CuCl2
2Al + 3I2 2AlI3
TQ: 2M + nX2 2MXn
t0
t0
t0
Với kim loại nhiều hoá trị thì khi tác dụng với halogen (F2, Cl2, Br2) tạo thành muối của kim loại hoá trị cao nhất. 2Fe + 3Cl2 2FeCl3
t0
2) Tác dụng với oxi: Hầu hết kim loại đều phản ứng(trừ Au và Pt)
VD: 2Mg + O2 2MgO
TQ: 2M + nO2 M2On
t0
t0
Chú ý với kim loại Fe khi tác dụng với O2 thì có thể tạo ra các oxit FeO, Fe2O3, Fe3O4
3) Tác dụng với lưu huỳnh: Tạo thành
muối sunfua( S2-)
VD: Fe + S FeS
Al + S Al2S3
TQ: 2M + nS M2Sn
t0
t0
t0
Với Fe chỉ tạo ra sắt II sunfua( FeS)
Các muối sunfua tan được trong dung dịch axit mạnh như: FeS, ZnS, Na2S,... Các muối sunfua không tan trong dung dịch axit mạnh như CuS, PbS,...
4) Tác dụng với nitơ: Tạo muối nitrua(N3-)
VD: Al + N2 Al2N3
t0
Tác dụng với dung dịch axit
1) Với dung dịch HCl loãng, H2SO4 loãng: Tạo thành muối của kim loại hoá trị thấp và khí H2
2M + 2nHCl 2MCln + nH2
2M + nH2SO4 M2(SO4)n + nH2
- Các kim loại đứng sau H2 không phản ứng.
Với Fe tạo muối sắt II
Số mol H2 = số mol H2SO4
- Số mol H2 =1/2 số mol HCl
2) Với dung dịch H2SO4 đặc: Tạo thành muối của kim loại hoá trị cao, H2O và thường sinh ra SO2.
VD: 2Fe + 6H2SO4 đ/n Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O TQ: 2M + 2nH2SO4 đ/n M2(SO4)n + nSO2 + 2nH2O
Các kim loại mạnh tác dụng với H2SO4 đặc nóng có thể sinh ra S hoặc H2S
Phản ứng với hầu hết các kim loại( trừ Au và Pt)
- Al, Fe, Cr không phản ứng với H2SO4 đặc nguội.
3) Với dung dịch HNO3
- Với kim loại tạo thành muối của kim loại hoá trị cao, H2O và một trong các sản phẩm khử chứa Nitơ như NO, NO2, N2O, N2, NH4NO3. Cụ thể:
Kim loại trung bình và yếu tác dụng với HNO3 đặc sinh ra khí NO2
M + HNO3 đ M(NO3)n + NO2 + H2O
( M có hóa trị 2 hoặc 3 )
Kim loại trung bình và HNO3 loãng sinh ra khí NO. 3M + 4nHNO3 loãng 3M(NO3)n + nNO + 2nH2O
Kim loại mạnh tác dụng với HNO3 loãng có thể sinh ra N2O hoặc N2 hoặc NH4NO3.
8Al + 30HNO3 loãng 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15H2O
4Zn + 10HNO3 loãng 4Al(NO3)3 + NH4NO3 + 3H2O
-Nếu kim loại tác dụng với dung dịch HNO3 loãng không thấy khí bay nên thì tạo ra NH4NO3
Al, Fe, Cr không phản ứng với HNO3 đặc nguội.
Tác dụng với dung dịch muối
Trường hợp 1: Kim loại không tác dụng với H2O Kim loại mạnh đẩy được kim loại yếu hơn ra khỏi muối
VD: Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu
Trường hợp 2: Kim loại tác dụng được với H2O VD cho Na tác dụng với dung dịch CuSO4. - Đầu tiên Na tác dụng với H2O tạo bọt khí H2
Na + H2O NaOH + 1/2H2
- NaOH sinh ra tác dụng với CuSO4
2NaOH + CuSO4 Na2SO4 + Cu(OH)2
Fe tác dụng với muối sắt III tạo muối sắt II
Fe + 2Fe(NO3)3 3Fe(NO3)2
Điều chế kim loại
1) Phương pháp nhiệt luyện: Khử các oxit kim loại trung bình như Fe, Zn, Sn, Pb,...bằng các chất khử như C, CO, H2, Al
Oxit + (C, CO, H2, Al)
Kim loại + (CO, CO2, H2O, Al2O3...)
2) Phương pháp điện phân:
- Điện phân nóng chảy
a) Điện phân nóng chảy oxit( M2On ) và hiđroxit : M(OH)n
2M2On 4M + nO2
2M(OH)n 2M + n/2O2 + nH2O
b) Điện phân nóng chảy muối halogenua: 2MXn 2M(catot) + nX2(anot)
đpnc
đpnc
đpnc
Điện phân dung dịch
Muối halogennua của kim loại mạnh
2MCl + 2H2O 2MOH + H2(catot) + Cl2(anot)
MCl2 + 2H2O M(OH)2 + H2(catot) + Cl2(anot)
đpdd
đpdd
b) Muối halogennua của trung bình và yếu:
2MXn 2M + nX2
đpdd
c) Muối sunfat của kim loại trung bình và yếu: M2(SO4)n + nH2O 2M + nH2SO4 + n/2O2
catot anot
(với muối nitrat thì tạo ra HNO3)
đpdd
Hết