Bài tập về muối cacbonat và hidrocacbonat tác dụng với axit

 BÀI TẬP VỀ MUỐI CACBONAT VÀ

HIDROCACBONAT TÁC DỤNG VỚI AXIT

I- Cơ sở lý thuyết

Đối với dạng toán này cần lưu ý thứ tự cho hóa chất vì việc thay đổi thứ tự sẽ dẫn đến kết quả khác nhau.

Dạng 1: (HCO₃^- và CO₃^2-) tác dụng với OH^- chỉ có HCO₃^- tác dụng

HCO₃^-  + OH^-  –> CO₃^2-  + H₂O

Dạng 2: CO₃^2- tác dụng với H+

H+ + CO₃^2- –> HCO₃^-                        (1)

2H+ + CO₃^2- –> CO₂ + H₂O             (2)

Lập tỷ lệ: n(H+) / n(CO₃^2-) = k

Nếu k < 1: Chỉ xảy ra (1).

Nếu 1 <= k <= 2: Xảy ra cả (1) và (2).

Nếu k >2: Xảy ra (2)

Dạng 3: Khi cho rất từ từ dung dịch axit vào dung dịch muối cacbonat ( hoặc hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat) thì phản ứng xảy ra theo thứ tự sau:

CO₃^2- + H⁺ → HCO₃^-    

Nếu H⁺ dư thì có phản ứng sau:

HCO₃^- + H⁺ → CO₂ + H₂O

Dạng 4: Khi cho rất từ từ dung dịch muối cacbonat ( hoặc hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat) vào dung dịch xảy ra như sau:

Xét 2 trường hợp:

TH1: HCO₃^- hết trước

TH2: CO₃^2- hết trước

II. Bài tập mẫu

Bài 1:

Trộn 150 ml dung dịch X chứa hỗn hợp gồm Na₂CO₃ 1M và K₂CO₃ 0,5M. với 250 ml dung dịch HCl 2M. Tính thể tích khí sinh ra (ở đktc)?

 Giải

  = 0,15 + 0,075 = 0,225 mol

n_H+ = 0,25.2 = 0,5 mol

 Do trộn dung dịch X với dung dịch HCl nên phản ứng xẩy ra có khí CO2 thoát ra ngay PƯ: CO₃^2- + 2H⁺ -> H₂O + CO₂ ­

Ta có:                   n_H+pư= 2  = 2. 0,225 = 0,45 < 0,5

 => hết và H+ dư

=> n_CO2 =  = 0,225

Bài 2: Dung dịch X chứa hỗn hợp gồm Na₂CO₃  1,5M và KHCO₃  1M. Nhỏ từ từ từng giọt cho đến hết 200 ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch X, sinh ra V lít khí (ở đktc). Giá trị của V?

 Giải

Phản ứng xảy ra theo thứ tự sau:

CO₃^2-     +      H⁺          g HCO₃^-                                  (1)

0,15mol g0,15mol g0,15mol

HCO₃^-        +   H⁺       g  CO₂ + H₂O           (2)

0,05mol!  0,05molg 0,05mol

Sau phản ứng (2) HCO₃^- còn dư 0,2 mol

V=1,12lit

Bài 4: Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 100ml dung dịch X gồm K₂CO₃ 1,5M và NaHCO₃ 1M vào 200ml dung dịch HCl 1M, sinh ra V lít khi (đktc). Giá trị của V?

Giải

2H+ +CO₃^2- --> CO₂ +H₂O
0,3x--------------0,15x
H+ +HCO₃^- --> CO₂+H₂O
0,1x-------------0,1x
0,4x=0,2=> x=0,5=>n_CO2=0,125=> V=2,8 lit

Bài 4: Nhỏ từ từ 200ml dung dịch HCl vào 100ml dung dịch X chứa Na₂CO_3, K₂CO₃, NaHCO₃ ( trong đó NaHCO₃ có nồng độ 1M), thu được 1,12 lít CO₂ (đktc) và dung dịch Y. Cho nước vôi trong dư vào dung dịch Y thu được 20 gam kết tủa.Nồng độ mol/l của dung dịch HCl là:

Giải

Gọi thể tích của dung dịch HCl là V(lít)

Các phản ứng

CO₃^2-     +      H⁺          g HCO₃^- (1)

0,2V  g    0,2V

HCO₃^-        +   H⁺       g  CO₂ + H₂O(2)

0,05mol !0,05mol ! 0,05mol

Sau (1),(2) Số mol HCO₃^- còn lại là: 0,2V+0,05

HCO₃^- + OH^- g CO₃^2- + H₂O (3)

 0,2mol      !   0,2mol

Ca²⁺ + CO₃^2- g CaCO₃ (4)

           0,2mol ! 0,2mol

Do đó, ta có 0,2V+0,05 = 0,2mol    suy ra V=0,75 

Tổng số mol HCl là: 0,2V + 0,05 = 0,2.0,75 + 0,05 = 0,2 mol.

Nồng độ của HCl:

Bài 5: Hoà tan a gam hỗn hợp gồm ( Na₂CO₃ và NaHCO₃ ) vào nước thu được 400ml dung dịch  A. Cho từ từ 100 ml dung dịch  HCl 1,5M vào dung dịch  A thu được dung dịch  B và 1,008 lít khí (đktc). Cho B tác dụng với Ba(OH)₂ dư thu được 29,55 gam kết tủa.

1. Tính a
2. Người ta cho từ từ dd A vào 100ml dd HCl 1,5M. Tính V_CO2 (đktc) thoát ra.

Giải

          a.   Ta có:    ;  

                          Gọi x, y lần lượt là số mol của Na₂CO₃ và NaHCO₃

                                      CO₃^2- + H⁺      HCO₃^-                     (1)                                   

                                      x        x                       x         mol           

                                     HCO +    H⁺      CO₂  +  H₂O       (2)  

                                     0,045        0,045       0,045  mol

       Dung dịch sau phản ứng tác dụng Ba(OH)₂ dư cho kết tủa. Vậy  HCO dư, H⁺ hết.                                                    

    Ta có           =  x +  0,045 = 0,15mol    =>   x = 0,105 mol

                             HCO + Ba(OH)₂     BaCO₃   + OH^- + H₂O

                             0,15mol                        0,15mol

                                         x + y  - 0,045  = 0,15           x = 0,105 mol Na₂CO₃

                                         x = 0,105                              y = 0,09 mol K₂CO₃                                                                             

        Do đó khối lượng 2 muối là :

    a =  m_NaCO  +     m_NaHCO  =  0,105.126 + 0,09. 84  = 18,96  (g)

b.    Khi cho từ từ dung dịch A vào 100ml dd HCl 1,5M đều có khí CO₂ thoát ra ở cả hai muối

            Gọi a, b lần lượt là số mol của Na₂CO₃ và NaHCO₃                       

                                        HCO +    H⁺      CO₂  +  H₂O      

                                           a  mol    amol        amol

                                        CO₃^2- + 2H⁺      CO₂  + H₂O                  

                                   b mol    2bmol       bmol 

   Ta có :         a  + 2b = 0,15                           a = 0,045

                                                          b = 0,0525     

Bài 6: Hoà tan Na₂CO₃ vào V(ml) hỗn hợp dung dịch axit HCl 0,5M và H₂SO₄ 1,5M thì thu được một dung dịch A và 7,84 lit khí B (đktc). Cô cạn dung dịch A thu được 48,45g muối khan.

a/ Tính V(ml) hỗn hơp dung dịch axit đã dùng?

b/ Tính khối lượng Na₂CO₃ bị hoà tan.

Giải

Giả sử phải dùng V(lit) dung dịch gồm HCl 0,5M và H₂SO₄ 1,5M.

Na₂CO₃ + 2HCl ---> 2NaCl + H₂O + CO₂

0,25V        0,5V         0,5V                 0,25V   (mol)

Na₂CO₃ + H₂SO₄ ---> Na₂SO₄ + H₂O + CO₂

1,5V          1,5V          1,5V                   1,5V   (mol)

Theo bài ra ta có:

Số mol CO₂ = 0,25V + 1,5V = 7,84 : 22,4 = 0,35 (mol)   (I)

Khối lượng muối thu được: 58,5.0,5V + 142.1,5V = 48,45 (g)   (II)

V = 0,2 (l) = 200ml.

Số mol Na₂CO₃ = số mol CO2 = 0,35 mol

Vậy khối lượng Na₂CO₃ đã bị hoà tan:

mNa₂CO₃ = 0,35 . 106 = 37,1g

III. Bài tập vận dụng

Bài 1: Nhỏ từ từ 200ml dung dịch X (K₂CO₃ 1M và NaHCO₃ 0,5M) vào 200ml dung dịch HCl 2M thì thể tích khí CO₂ thu được (đktc)?

 Giải

Bài giải

nên H⁺ hết

Ta có:

Gọi số mol của HCO₃^- phản ứng là x, suy ra số mol của CO₃^2- phản ứng là 2x   

CO₃^2-     +      2H^{+     ---->} CO₂ +H₂O(1)

2x mol           4xmol       2xmol

HCO₃^-        +   H⁺      --->  CO₂ + H₂O  (2)

x mol           xmol           xmol

Số mol HCl: 4x+ x = 0,4 ] x=0,08mol

V_CO2= 3.0,08.22,4=5,376 (lít)

Bài 2: Nhỏ từ từ từng giọt dung dịch chứa 0,05 mol HCl vào dung dịch chứa 0,06 mol Na₂CO₃. Thể tích khí CO₂ thu được (đktc) thu được?

Đáp số: 0 (l)

Bài 3: Nhỏ từ từ từng giọt đến hết 30ml dung dịch HCl 1M vào 100ml dung dịch chứa Na₂CO₃ 0,2M và NaHCO₃ 0,2M, sau phản ứng thu được số mol CO₂ là bao nhiêu?

Đáp số: 0,01 mol

Bài 4: 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 vôi trong vào dung dịch X thấy có xuất hiện kết tủa. Biểu thức liên hệ giữa V với a, b?

Đáp số: V = 22,4(a - b)

Bài 5: Nhỏ từ từ từng giọt cho đến khi không còn khí thoát ra thì ngừng dung dịch X chứa 0,3 mol K₂CO₃ và 0,6 mol NaHCO₃ vào 500ml dung dịch HCl 2M sinh ra bao nhiêu mol CO2?

Đáp số: 0,75 mol

Bài 6: Nhỏ từ từ từng giọt cho đến khi không còn khí thoát ra thì ngừng dung dịch X chứa 0,6 mol Na₂CO₃ và 0,3 mol NaHCO₃ vào 500ml dung dịch HCl 2M sinh ra bao nhiêu mol CO2?

Đáp số: 0,6 mol

Bài 7: Nhỏ từ từ từng giọt cho đến khi không còn khí thoát ra thì ngừng dung dịch X chứa 0,2 mol Na₂CO₃ và 0,6 mol KHCO₃ vào 400ml dung dịch HCl 2M sinh ra bao nhiêu mol CO2?

Đáp số: 0,64 mol

Bài 8 :Cho 10,5 gam hỗn hợp X gồm Na₂CO₃ và K₂CO₃ tác dụng với HCl dư thì thu được 2,016 lit CO₂ ở đktc.

a, Tính % khối lượng X ?

b, Lấy 21 gam hỗn hợp Na₂CO₃ và K₂CO₃ với thành phần % như trên tác dụng với dung dịch HCl vừa đủ (không có khí CO₂ bay ra). Tính thể tích dung dịch HCl 2M cần dùng ?

c, Nếu thêm từ từ 0,12 lit dung dịch HCl 2M vào dung dịch chứa 21 gam hỗn hợp X trên. Tính thể tích CO₂ thoát ra ở đktc ?

 Giải

a, Gọi số mol của Na₂CO₃ là a, K₂CO₃ là b, do HCl dư. Vậy CO₃^2-  biến thành CO₂

                 CO₃^2-  +  2 H⁺     =>   CO₂  +  H₂O

                 a + b                         a + b

      Ta có :  a + b  =  2,016/ 22,4 = 0,09 mol

               106a + 138b = 10,5

      giải hệ :  a = 0,06 mol Na₂CO₃

                   b = 0,03 mol K₂CO₃

    % Na₂CO₃  =   = 60,57%

    % K₂CO₃   = 100% – 60,57% = 39,43%

b, Khi cho từ từ dung dịch HCl vào dung dịch X : Na₂CO₃, K₂CO₃

          (21 gam = 2 . 10,5 gam hỗn hợp trên).

                     CO₃^2-   +    H⁺  =>   HCO₃^–

                    0,18          0,18         0,18

      Nếu không có khí CO₂ thoát ra, tức là phản ứng dừng lại ở đây.

       n_HCl = n_H+  = 0,18 mol => V_{HCl 2M} = 0,18/2 = 0,09(l)

c, Nếu dùng 0,12 lit dung dịch HCl 2M hay 0,12.2 = 0,24 mol H⁺ > 0,18 mol. Nên sẽ có phương trình :

                   HCO₃^– +    H⁺  =>    CO₂  +  H₂O

                   0,06                          0,06

          V_CO2  = 0,06.22,4 = 1,344 (l)