Bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm

Vì phản ứng tạo 4 muối => có tạo x mol CO₃^2- và y mol HCO₃^-

=> m_rắn = m_Na + m_K + m_CO3 + m_HCO3 => 64,5 = 23.2,75V + 39.2V + 60x + 61y  (1)

Bảo toàn điện tích : ${n_{N{a^ + }}} + {\text{ }}{n_{{K^ + }}} = {\text{ }}{n_{HCO_3^ - }} + 2.{n_{CO_3^{2 - }}}$ =>  2,75V + 2V = 2x + y        (2)

Bảo toàn C : n_CO2 + n_K2CO3 = x + y = 0,4 + V      (3)

Từ (1), (2) và (3) ta có : V = 0,2 lít = 200 ml

n_NaOH = 0,2 mol ; n_Na2CO3 = 0,1 mol

TH1: Giả sử CO₂ phản ứng hết, sau phản ứng thu được NaHCO₃ và Na₂CO₃

Đặt n_NaHCO3 = a mol, n_Na2CO3 = b mol

Bảo toàn nguyên tử Na: n_{Na+ trước phản ứng} = n_NaHCO3 + 2.n_Na2CO3 => a + 2b = 0,4 (1)

=> m_rắn = 84a + 106b = 19,9 (2)

Từ (1) và (2) => loại vì a < 0

TH2: Giả sử CO₂ hết, NaOH dư => sau phản ứng thu được Na₂CO₃ (x mol) và NaOH dư (y mol)

Bảo toàn Na: n_{Na+ trước phản ứng} = 2.n_Na2CO3 + n_{NaOH dư}  => 2x + y = 0,4   (1)

m_{rắn khan} = m_Na2CO3 + m_NaOH => 106x + 40y = 19,9    (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,15 mol;  y = 0,1 mol

Bảo toàn C:  n_CO2 + n_{Na2CO3 phản ứng} = n_{Na2CO3 sau phản ứng} 

=> n_CO2 = 0,15 – 0,1 = 0,05 mol => V = 1,12 lít

n_CO2 = 0,25 mol; n_NaOH = 0,12 mol; n_KOH = 0,08 mol; n_Na2CO3 = 0,075 mol; n_K2CO3 = 0,05 mol

=> n_CO3 = 0,125 mol ; n_OH = 0,2 mol

Vì n_OH- < n_CO2 => CO₂ phản ứng với OH^- tạo HCO₃^-

CO₂ + OH^- → HCO₃^-

0,2 ← 0,2

CO₂ + CO₃^2- + H₂O → 2HCO₃^-

0,05 → 0,05

=> n_CO3 = 0,125  – 0,05 = 0,075 mol

=> n_CaCO3 = n_CO3 = 0,075 => m_CaCO3 = 7,5g

Tại điểm n_CO2 = 0,5 mol, lượng kết tủa đạt tối đa

=> n_Ca(OH)2 = n_CaCO3 = 0,5 mol => b = 0,5   (1)

Tại điểm n_CO2 = 1,4 mol thì kết tủa bị hòa tan hết, dung dịch thu được gồm Ca(HCO₃)₂ và NaHCO₃

Bảo toàn C: n_CO2 = 2.n_Ca(HCO3)2 + n_NaHCO3 => 2b + a = 1,4  (2)

Thay (1) vào (2) => a = 0,4

=> a : b = 0,4 : 0,5 = 4 : 5

n_OH- = 0,8 
có n_CO2 = 0,6 < n_OH- < 2.n_CO2 => tạo 2 muối HCO₃^- (x mol) và CO₃^2- (y mol)
Bảo toàn C: n_CO2 = n_HCO3 + n_CO3 => x + y = 0,6 

Bảo toàn điện tích: n_OH- = n_HCO3 + 2.n_CO3 =>  x + 2y = 0.8

=>  x = 0,4 và y = 0,2
Vì n_CO3 = x = 0,2 < n_Ba2+ = 0,3 => sau phản ứng CO₃^2- hết
=> dung dịch X gồm: 0,1 mol Ba²⁺; 0,4 mol HCO₃^-;  0,2 mol Na⁺ 
n_BaCl2 = 0,24 = n_Ba2+ =>  tổng n_Ba2+ = 0,34 
HCO₃^- + OH^- →  CO₃^2- + H₂O 
0,3   ←   0,3   →  0,3 
=> n_CO3 = 0,3 < n_Ba2+ = 0,34 => n_BaCO3 = 0,3

=>  m₂ = 0,3.197 = 59,1 gam

n_CO2 = 0,4 mol;  n_BaCO3 = 0,1 mol

Giả sử muối chứa Ba(HCO₃)₂

=> dung dịch thu được gồm K⁺ (x mol); Na⁺ (y mol); Ba²⁺ và HCO₃^- (a mol)

Bảo toàn điện tích: n_Ba2+ = 0,5a – 0,5x – 0,5y

Bảo toàn nguyên tố C: n_CO2 = n_HCO3 + n_BaCO3 => 0,4 = a + 0,1 => a = 0,3  (1)

Bảo toàn nguyên tố Ba: n_Ba(OH)2 = n_Ba2+ + n_BaCO3 => x = 0,5a – 0,5x – 0,5y + 0,1  (2)

m_muối = m_K+ + m_Na+ + m_Ba2+ + m_HCO3-  => 39x + 23y + 137.(0,5a – 0,5x – 0,5y) + 61a = 32,15   (3)

Từ (1), (2) và (3) => a = 0,3; x = 0,15;  y = 0,05

=> x : y = 3 : 1

Ta thấy lượng 0,15 mol CO₂ đưa vào làm 2 nhiệm vụ :

+) Đưa kết tủa từ m₁ lên cực đại

+) Đưa kết tủa từ cực đại đến m₂

 Từ : m₁ = 1,5m₂ và m₁ = 3/7m_max

=> ta có : 0,15 = $\dfrac{{{m_{\max }} - {m_1} + {m_{\max }} - {m_2}}}{{100}} \to \left\{ \begin{gathered}{m_1} = 5 \hfill \\{m_{\max }} = 35/3 \hfill \\
\end{gathered} \right.$

=> n_{CaCO3 max} = n + n₁ = 7/60  mol

Nếu hấp thụ V lít CO₂ thì Ca(OH)₂ còn dư => n_CO2 = n = n_{CaCO3 (m1)} = 0,05 mol

=> n₁ = 1/15 mol => V₁ = 1,493 lít

n_{CO2 bđ} = 0,4 mol

100 ml X + Ba(OH)₂ =>  n_BaCO3 = n_{C(100 ml X)} = 0,2 mol

=> Trong 400 ml X có 0,8 mol C => Bảo toàn C : n_{CO2 bđ} + n_K2CO3 = n_C(X)

=> n_K2CO3 = y = 0,4 mol

Giả sử trong 200 ml X có a mol K₂CO₃ và b mol KHCO₃

Bảo toàn C: a + b = 0,2.2 = 0,4 mol

Cho từ từ X vào n_HCl = 0,3 mol tạo n_CO2 = 0,24 mol

=> K₂CO₃ và KHCO₃ phản ứng đồng thời (vì HCl lúc đầu dư) theo tỉ lệ mol a : b

Gọi n_{K2CO3 pứ} = ax và n_{KHCO3 pứ} = bx

=> 2ax + bx = n_HCl = 0,3 mol ; ax + bx = n_CO2 = 0,24 mol

=> ax = 0,06 và bx = 0,18 mol

=> a : b = 1 : 3

=> a = 0,1 ; b = 0,3 mol

=> Bảo toàn K : x + 2y = 2.(2a + b)

=> x = 0,2 mol

Giai đoạn 1: Đoạn đồ thị đi lên xảy ra phản ứng hình thành kết tủa:

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O

→ n_BaCO3 = n_{CO2 pư}

Vậy tại A thì x = 0,075

Giai đoạn 2: Đoạn đồ thị đi xuống xảy ra phản ứng hòa tan kết tủa:

BaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ba(HCO₃)₂

+ Tại điểm C(3t+0,025; 0,075) thì thu được:

         BaCO₃: 0,075

         Ba(HCO₃)₂: 0,2 - 0,075 = 0,125 (bảo toàn Ba)

Bảo toàn C → n_CO2 = n_BaCO3 + 2n_Ba(HCO3)2 = 0,075 + 2.0,125 = 0,325 mol

⟹ 3t + 0,025 = 0,325

⟹ t = 0,1

+ Tại điểm B(y; 1,5t+0,025) = B(y; 0,175) thu được:

         BaCO₃: 0,175

         Ba(HCO₃)₂: 0,2 - 0,175 = 0,025

Bảo toàn C → n_CO2 = n_BaCO3 + 2n_Ba(HCO3)2 = 0,175 + 2.0,025 = 0,225 mol

Vậy y = 0,225

⟹ y : x = 0,225 : 0,075 = 3

Giả sử a gam ứng với x mol CaCO₃

*Khi dùng V_a lít CO₂ thì kết tủa cực đại

⟹ n_Ca(OH)2 = n_CaCO3 = 8x (mol)

*Khi dùng V lít CO₂ thì kết tủa chưa cực đại (vì theo giả thiết V < V_a)

⟹ n_CO2 = n_CaCO3 = 3x (mol)

*Khi dùng (V + 12,32) lít CO₂ (ứng với 3x + 0,55 mol) thì kết tủa bị tan một phần (do tại đây thể tích CO₂ nhiều hơn nhưng thu được ít kết tủa hơn):

n_CaCO3 = 2x (mol)

n_Ca(HCO3)2 = n_Ca(OH)2 - n_CaCO3 = 8x - 2x = 6x (mol)

Bảo toàn C → n_CO2 = n_CaCO3 + 2n_Ca(HCO3)2 ⇔ 3x + 0,55 = 2x + 2.6x ⇔ x = 0,05 mol

Vậy V_a = 22,4 . 8x = 8,96 lít

Phản ứng CO₂ và Ca(OH)₂ dư: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

→ n_CO2 = n_CaCO3 = 10/100 = 0,1 mol

→ V_CO2 = 0,1.22,4 = 2,24 lít

4000 ml = 4 lít

n_Ba(OH)2 = V.C_M = 4.0,1 = 0,4 (mol)

Kết tủa thu được lớn nhất khi tất cả C trong CO₂ chuyển thành C trong BaCO₃

BTNT “Ba”: n_BaCO3 = n_{Ba(OH)2 lần} 1+ n_{Ba(OH)2 lân 2} = 0,2 + 0,4 = 0,6 (mol)

BTNT “C”: n_CO2 = n_BaCO3 = 0,6 (mol)

⟹ V_CO2 (đktc)= 0,6.22,4 = 13,44 (lít)

Để thu được kết tủa lớn nhất thì tất cả Ca²⁺ chuyển về dạng CaCO₃

Để giá trị V lớn nhất khi dd muối thu được chỉ chứa muối NaHCO₃

PTHH: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O (1)

            NaOH + CO₂ → NaHCO₃  (2)

Theo PTHH (1): n_CO2 = n_Ca(OH)2 = 0,1 (mol)

Theo PTHH (2): n_CO2 = n_NaOH = 0,2 (mol)

→ ∑n_CO2 = 0,1 + 0,2 = 0,3 (mol)

→ V_CO2(đktc) = 0,3×22,4 = 6,72 (lít)

Thứ tự phản ứng khi cho CO­₂ là

            CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O (1)

            2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O (2)

            Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃ (3)

            CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ (4)

Tại thời điểm kết n_CO2 = a mol thì kết tủa bắt đầu cực đại => chỉ xảy ra phản ứng (1)

=> n_CaCO3 = n_Ca(OH)2 = n_CO2 = a = 0,1 mol

Tại thời điểm n_CO2 = a + 0,5 mol = 0,6 mol thì kết tủa bắt đầu tan => xảy ra phản ứng (1)(2)(3) với sản phẩm tạo ra là CaCO₃ : 0,1 mol và NaHCO₃

Bảo toàn C có n_NaHCO3 = n_CO2 – n_CaCO3 = 0,6 – 0,1 = 0,5 mol

Bảo toàn Na có n_NaOH = n_NaHCO3 = 0,5 mol

Tại thời điểm x mol thì kết tủa có 0,06 mol => xảy ra cả 4 phản ứng với kết tủa CaCO₃ bị hòa tan một phần

=> muối có NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂ và CaCO₃

Thì n_NaHCO3 = 0,5 mol; n_Ca(HCO3)2 = 0,1 – 0,06 = 0,04 mol

Bảo toàn C có n_CO2 = x = n_NaHCO3 + 2n_Ca(HCO3)2 + n_CaCO3

= 0,5 + 2.0,04 + 0,06 = 0,64 mol

Sục khí CO₂ vào dung dịch Ca(OH)₂ thu được 1 g kết tủa thì có 2 trường hợp xảy ra.

Trường hợp 1: Phản ứng chỉ tạo ra 1 g kết tủa:

\({n_{CaC{{\rm{O}}_3}}} = \frac{1}{{100}} = 0,01(mol)\)

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O       (1)

0,01       ←                0,01              (mol)

Theo đề bài: n_Ca(OH)2 = 0,01.2 = 0,02 (mol). Vậy Ca(OH)₂ dư.

V_CO2 = 22,4.0,01 = 0,224 (lít).

Trường hợp 2: Phản ứng tạo ra nhiều hơn 1 g kết tủa, sau đó tan bớt trong CO₂ dư còn lại 1 g.

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

0,02 ← 0,02   →      0,02 (mol)

Số mol CaCO₃ bị tan: 0,02 - 0,01 = 0,01 mol

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

0,01 →    0,01 (mol)

V_CO2 = 22,4.(0,02 + 0,01) = 0,672 (lít).

Các phản ứng:

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O(1)

CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂(2)

- Tại n_CO2 = a (đồ thị đi lên) => Chỉ xảy ra phản ứng (1)

=> n_CaCO3 = n_CO2 = a

- Tại n_CO2 = b (đồ thị đi xuống): Kết tủa đã bị hòa tan một phần

Sản phẩm lúc này gồm:

CaCO₃: a mol

Ca(HCO₃)₂: 0,12 - a (BTNT "Ca")

BTNT "C": n_CO2 = n_CaCO3 + 2n_Ca(HCO3)2 => b = a + 2(0,12 - a)

=> b = 0,24 - a

Thứ tự các phản ứng:

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃ + H₂O                                        (1)

CO₂ + 2NaOH → Na₂CO₃ + H₂O                                        (2)

CO₂ + Na₂CO₃ + H₂O → 2NaHCO₃                                    (3)

CO₂ + BaCO₃ + H₂O → Ba(HCO₃)₂                                    (4)

- Đoạn 1 đồ thị đi lên: chỉ xảy ra phản ứng (1) (kết tủa tăng): n_BaCO3 = n_CO2 = 0,03 mol

- Đoạn 2 đồ thị nằm ngang: chỉ xảy ra phản ứng (2) và (3) (kết tủa không đổi)

- Đoạn 3 đồ thị đi xuống: chỉ xảy ra phản ứng (4) (kết tủa bị hòa tan)

Sản phẩm gồm:

BaCO₃ (0,03 mol)

Ba(HCO₃)₂ (0,1V - 0,03 mol)

NaHCO₃ (0,2V mol)

BTNT "C": n_CO2 = n_BaCO3 + 2n_Ba(HCO3)2 + n_NaHCO3 => 0,13 = 0,03 + 2(0,1V - 0,03) + 0,2V 

=> V = 0,4 lít = 400 ml