Bài tập nhiệt phân muối cacbonat và hidrocacbonat

 DẠNG TOÁN NHIỆT PHÂN MUỐI CACBONAT

VÀ HIDROCACBONAT

I. Phương pháp chung   

Ví dụ:     

Nếu nhiệt phân đến cùng Ba(HCO3)2 thì chất rắn thu được là BaO:

Riêng FeCO₃ khi nung trong không khí hoặc trong điều kiện có khí oxi thì sẽ tạo ra oxit sắt (III)

     FeCO₃ + O₂  Fe₂O₃ + 4CO₂

II. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Nung 65.1 g muối cacbonat của kim loại M hóa trị II thu được V(l) CO₂. Sục CO₂ thu được vào 500ml Ba(OH)₂ 2M được 48.825g kết tủa. Tìm kim loại M?

Giải:

MCO₃  MO + CO₂

x              x           x

CO₂ + Ba(OH)₂ → Ba(HCO₃)₂

x              x               x

Ba(HCO₃)₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O

0,225                    0,225          0,225

x= 0,5.2-0,225 = 0,775

=>M_MCO3 = 84      =>M = 24 (Mg)   

Ví dụ 2: Nung hỗn hợp X gồm FeCO₃ và Fe(NO₃)₂ trong bình kín không chứa không khí. Sau khi phản ứng xong thu được chất rắn duy nhất và hỗn hợp A chứa 2 khí. Phần trăm khối lượng của FeCO₃ trong hỗn hợp?

Giải:

4Fe(NO₃)₂  2Fe₂O₃ + 8NO₂ + O₂

      x                  0,5x      2x        0,25x

4FeCO₃ + O₂   2Fe₂O₃ + 4CO₂

      y        0,25y    0,5y          y

Vì thu được hỗn hợp chứa 2 khí hiếm nên O₂ phản ứng vừa hết với FeCO₃

=>0,25y = 0,25x => x=y

=>% theo khối lượng của FeCO₃ trong hỗn hợp là

%m_FeCO3 =  = 39,19%

Ví dụ 3: Nung hỗn hợp X gồm FeCO₃ và BaCO₃ trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn Y và V lít CO₂ (đktc). Hòa tan Y vào H₂O dư thu được dung dịch Z và 8 gam chất rắn không tan. Hấp thụ hết V lít khí CO2vào Z thu được 9,85 gam kết tủa. Khối lượng của FeCO₃ trong hỗn hợp ban đầu?

Giải:

4FeCO₃ + O₂  2Fe₂O₃ + 4CO₂

x →                      0,5x            x

BaCO₃  BaO + CO₂

y →            y        y

= x+y

Chất rắn Y gồm: Fe₂O₃ và BaO

Y + H₂O dư: Chất rắn không tan là Fe₂O₃

=>160.0,5x = 8    =>x = 0,1 mol

BaO + H₂O → Ba(OH)₂

y        →               y

Dung dịch Z là dung dịch Ba(OH)₂

Ba(OH)₂ +CO₂ → BaCO₃ + H₂O

y        →      y            y

CO₂ + BaCO₃ + H₂O → Ba(HCO₃)₂

0,1  →     0,1        mol

=>n_BaCO3 = y-o,1 = 0,05

=>y = 0,15 mol

=>m_FeCO3 = 0,1.116 = 11,6g

m_BaCO3 = 197.0,15 = 29,55g

III. Bài tập vận dụng

Bài 1: Nhiệt phân hoàn toàn một hỗn hợp 17,4g M₂CO₃ và CaCO₃. Đến khi phản ứng kết thúc thu được 8,6g chất rắn và V lít khí CO₂ (đktc). Xác định V và kim loại M.

Hướng dẫn:

Vì p/ư hoàn toàn nên khối lượng hỗn hợp giảm chính là khối lượng CO₂ thoát ra.
m_CO2 = 17,4 - 8,6 = 8,8g => n_CO2 = 0,2 mol => V_CO2 = 4,48 lít.
Gọi a, b lần lượt là số mol M₂CO₃ và CaCO₃. Có:
(1) a(2M+60) + 100b = 17,4
(2) a + b = 0,2 (bảo toàn nguyên tố C)
Từ (1) và (2)  => a = 1,3/(20-M)
Mà a < 0,2 => 1,3/(20-M) < 0,2 => 20 - M > 6,5 => M < 13,5 => M là Liti.

Bài 2: Nung CaCO₃ thu được V1 l khí. Sục khí vào 200ml dd Ba(OH)₂ 0.5M được 3.94 g kết tủa. Tính khối lượng muối ban đầu

Hướng dẫn:

CaCO₃ → CaO + CO₂

X                          x

CO₂ + Ba(OH)₂ → Ba(HCO₃)₂

x                 x                 x

Ba(HCO₃)₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O

0,02                      0,02            0,02

X = 0,2.0,5-0,02 = 0,08

=>m_CaCO3 = 0,08.100 = 8g

Bài 3: Nung 14,2 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại hóa trị 2 được 7,6 gam chất rắn và khí X. Dẫn toàn bộ lượng khí X vào 100 ml dung dịch KOH 1M thì khối lượng muối thu được sau phản ứng là:

Hướng dẫn:

Khí X là CO2

Áp dụng ĐLBTKL: 14,2 = 7,6 + mX => mX = 6,6g

=>nX = 0,15 mol

Vì n_KOH : n_CO2 = 0,1 : 0,15 <1

=>Muối thu được là KHCO₃

CO₂ + KOH → KHCO₃

m_KHCO3 = 0,1.100 = 10g

Bài 4: Nhiệt phân hoàn toàn 15g muối cacbonat của 1 kim loại hóa trị II. Dẫn hết khí sinh ra vào 200g dung dịch NaOH 4% vừa đủ thì thu được dung dịch mới có nồng độ các chất tan là 6,63%. Xác định công thức muối đem nhiệt phân?

Đáp số : CaCO₃            

Bài 5: Khi nung 30g hỗn hợp CaCO₃ và MgCO₃ thì khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng chỉ bằng một nửa khối lượng ban đầu. Tính thành phần % theo khối lượng các chất ban đầu?

Đáp số: %CaCO₃ = 28,41%    %MgCO₃ = 71,59%

Bài 6: Hỗn hợp X gồm a mol Fe, b mol FeCO₃ và c mol FeS₂. Cho X vào bình dung tích không đổi chứa không khí (dư), nung đến khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, sau đó đưa về nhiệt độ ban đầu thấy áp suất trong bình bằng áp suất trước khi nung. Quan hệ của a, b, c?

Hướng dẫn:

4Fe + 3O₂  2Fe₂O₃ 

a →   a

4FeCO₃ + O₂  2Fe₂O₃ + 4CO₂

b → b/4                                   b

4FeS₂ +11O₂  2Fe₂O₃ + 8SO₂

     c →     c                       2c

Vì nhiệt độ và thể tích và áp suất chung của hệ không đổi nên:

n_{khí pư} =n_{khí sinh ra}

=>a + b/4 + c = b+2c =>b = a+ c

Bài 7: Nung m gam hỗn hợp X gồm FeCO₃, Fe(NO₃)₂ trong bình chân không đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được chất rắn là Fe₂O₃ và 10,08 lít   (đktc) hỗn hợp chỉ gồm hai khí. Nếu cho 1/2 hỗn hợp X trên tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng dư thì thu được tối đa bao nhiêu lít khí (đktc, sản phẩm khử duy nhất là NO)?

Hướng dẫn:

4Fe(NO₃)₂  2Fe₂O₃ + 8NO₂ + O₂

X       →                           2x        0,25x

4FeCO₃ + O₂  2Fe₂O₃ + 4CO₂

x        →   0,25x                      x

Vì khí thu được chỉ gồm 2 khí nên O₂ hết. Chất rắn thu được chỉ gồm Fe₂O₃ nên FeCO₃ phản ứng vừa hết với O₂

=>n khí = 2x + x =  = 0,45 mol

=> x = 0,15 mol

=>  (g) X có chứa 0,075 mol Fe(NO₃)₂ và 0,075 mol FeCO₃

FeCO₃ + 2H+ → Fe₂+ + CO₂ + H₂O

0,075 →               0,075    0,075       mol

Fe(NO₃)₂ → Fe²⁺ + 2NO₃^-            

0,075 →        0,075    0,15      mol             

=>= 0,075 + 0,075 = 0,15 mol

3Fe²⁺ + 4H⁺ + NO₃^- → 3Fe³⁺ + NO + 2H₂O

0,15 →              0,05               0,05   mol

=>n khí = (0,075 + 0,05).22,4 = 2,8l