Bài tập CO2 tác dụng với dung dịch kiềm

n_CO2 = 0,896 : 22,4 = 0,04 mol; n_OH- = 2n_Ca(OH)2 = 2.3.0,01 = 0,06 mol; n_Ca2+ = n_Ca(OH)2 = 0,03 mol

Ta có: \(1 < \dfrac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} = \dfrac{{0,06}}{{0,04}} = 1,5 < 2\) => Tạo muối CO₃^2- và HCO₃^-

Đặt n_(CO3)2- = x (mol) và n_HCO3- = y (mol)

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

x           2x            x

CO₂ + OH^- → HCO₃^-

y           y             y

+ n_CO2 = x + y = 0,04 (1)

+ n_OH- = 2x + y = 0,06 (2)

Giải hệ (1) và (2) thu được x = 0,02 và y = 0,02

         Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

BĐ:  0,03      0,02                      (mol)

PƯ:  0,02 ←  0,02  →   0,02       (mol)

Khối lượng kết tủa thu được là: m_CaCO3 = 0,02.100 = 2 gam

n_Ba(OH)2 = 0,2.1 = 0,2 (mol)

Ta có: 1 < n_Ba(OH)2/n_CO2 = 0,15/0,2 = 0,75 < 1 nên chỉ xảy ra tạo muối BaCO₃. CO₂ pư hết, Ba(OH)₂ dư. Mọi tính toán theo số mol của CO₂

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O

0,15                   → 0,15 (mol)

→ m_BaCO3 = 0,15.197 = 29,55 (g)

TH1: Ca(OH)₂ dư, CO₂ phản ứng hết, kết tủa không bị hòa tan

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

BTNT “C” ta có: n_CO2 = n_CaCO3 = 0,075 mol

=> V _CO2 = 0,075.22,4 = 1,68 lít

TH2: Kết tủa bị hòa tan một phần

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O

CO₂ + CaCO₃ + H₂O → Ca(HCO₃)₂

n_CaCO3 = 0,075 mol

BTNT “Ca” ta có: n_Ca(HCO3)2 = n_Ca(OH)2 – n_CaCO3 = 0,1 – 0,075 = 0,025 mol

BTNT “C”: n_CO2 = n_CaCO3 + 2n_Ca(HCO3)2 = 0,075 + 0,025.2 = 0,125 mol

=> V_CO2 = 0,125.22,4 = 2,8 lít

n_CO2 = 0,5 mol; n_OH- = 2n_Ba(OH)2 = 0,8 mol

\(1 < \dfrac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} = \dfrac{{0,8}}{{0,5}} = 1,6 < 2\) => tạo 2 muối CO₃^2- (x mol) và HCO₃^- (y mol)

BTNT “C” => n_CO2 =\({n_{CO_3^{2 - }}} + {n_{HCO_3^ - }}\)

=> x + y = 0,5 (1)

BTĐT: 2n_Ba2+ = \({2n_{CO_3^{2 - }}} + {n_{HCO_3^ - }}\) 

=> 2x + y = 0,8 (2)

Giải (1) và (2) thu được x = 0,3 và y = 0,2

n_Ba2+ (0,4 mol) > \({n_{CO_3^{2 - }}}\) (0,3 mol) => CO₃^2- hết, Ba²⁺ dư

=> n_BaCO3 = \({n_{CO_3^{2 - }}}\) = 0,3 mol

n_OH- = 2n_Ca(OH)2 = 0,075.2 = 0,15 mol

n_CO2 = 2,24 : 22,4 = 0,1 mol

Xét tỉ lệ: \(\frac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}}\,{\mkern 1mu}  = \,{\mkern 1mu} \frac{{0.15}}{{0.1}}{\mkern 1mu} \, = {\mkern 1mu} \,1,5{\mkern 1mu}\)

\(\Rightarrow \,1 < \frac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} < 2\)

=> Tạo 2 muối là CaCO₃ và Ca(HCO₃)₂

\({n_{C{O_2}}} = 0,5mol\);\({n_{O{H^ - }}} = 2\times{n_{Ba{{(OH)}_2}}} = 0,8mol\)

\(1 < \dfrac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} = \dfrac{{0,8}}{{0,5}} = 1,6 < 2\) => tạo 2 muối CO₃^2- (x mol) và HCO₃^- (y mol)

BTNT “C” => \({{\text{n}}_{{\text{CO}}_{\text{2}}^{}}}{\text{ =  }}{{\text{n}}_{{\text{CO}}_{\text{3}}^{{\text{2 - }}}}}{\text{ +  }}{{\text{n}}_{{\text{HCO}}_{\text{3}}^{\text{ - }}}}\) => x + y = 0,5 (1)

BTĐT: \(2{{\text{n}}_{{\text{B}}{{\text{a}}^{{\text{2 + }}}}}}{\text{ =  2}}{{\text{n}}_{{\text{CO}}_{\text{3}}^{{\text{2 - }}}}}{\text{ +  }}{{\text{n}}_{{\text{HCO}}_{\text{3}}^{\text{ - }}}}\)=> 2x + y = 0,8 (2)

Giải (1) và (2) thu được x = 0,3 và y = 0,2

\({{\text{n}}_{{\text{B}}{{\text{a}}^{{\text{2 + }}}}}}{\text{(0,4 mol)  >  }}{{\text{n}}_{{\text{CO}}_{\text{3}}^{{\text{2 - }}}}}{\text{ (0,3 mol)}}\) => \({\text{CO}}_{\text{3}}^{{\text{2 - }}}\) hết, Ba²⁺ dư

=> \({{\text{n}}_{{\text{BaCO}}_{\text{3}}^{}}}{\text{ =  }}{{\text{n}}_{{\text{CO}}_{\text{3}}^{{\text{2 - }}}}}{\text{ =  0,3 mol}}\)

+ Tại giai đoạn 1: đồ thị đi lên do xảy ra phản ứng:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

→ n_CaCO3 max = 0,5 (mol).

BTNT "Ca": n_Ca(OH)2 bđ = 0,5 (mol) = a

+ Tại giai đoạn 3: đồ thị đi xuống khi hòa tan hoàn toàn kết tủa

→ Muối thu được gồm: NaHCO₃ và Ca(HCO₃)₂

BTNT "Ca":  n_Ca(HCO3)2 = n_Ca(OH)2 = 0,5 (mol)

BTNT "C": n_CO2 = n_NaHCO3 + 2n_Ca(HCO3)2

→ 1,4 = b + 2.0,5 → b = 0,4 (mol)

Vậy a : b = 0,5 : 0,4 = 5 : 4

CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O

0,4                     → 0,4                 (mol)

=> m_BaCO3 = 0,4.197 = 78,8 (g)

n_Ba(OH)2 = 20,52 : 171 = 0,12 mol; n_H2 = 1,12 : 22,4 = 0,05 mol

Quy đổi hỗn hợp thành: Na (x mol); Ba (0,12 mol) và O (y mol)

+ m_X = 23x + 137.0,12 + 16y = 21,9 (1)

+ BT electron: n_Na + 2n_Ba = 2n_O + 2n_H2 => x + 2.0,12 = 2y + 2.0,05 (2)

Giải hệ (1) và (2) được x = y = 0,14 mol

Dung dịch Y gồm: Na⁺ (0,14 mol); Ba²⁺ (0,12 mol) và OH^-

BTĐT => n_OH- = n_Na+ + 2n_Ba2+ = 0,14 + 2.0,12 = 0,38 mol

*Hấp thụ 0,3 mol CO₂ vào dung dịch Y:

Tỉ lệ: 1 < n_OH- : n_CO2 = 0,38 : 0,3 = 1,27 < 2 => Tạo CO₃^2- và HCO₃^-

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

 a          2a         a

CO₂ + OH^- → HCO₃^-

   b       b           b

+ n_CO2 = a + b = 0,3

+ n_OH- = 2a + b = 0,38

Giải hệ được a = 0,08 và b = 0,22

So sánh thấy: \({n_{B{a^{2 + }}}} > {n_{CO_3^{2 - }}}\) nên Ba²⁺ dư so với CO₃^2-

=> n_BaCO3 =  \({n_{CO_3^{2 - }}}\) = 0,08 mol => m _{kết tủa} = 0,08.197 = 15,76 gam gần nhất với 15,5 gam

n_OH- = n_NaOH + 2n_Ba(OH)2 = 0,15 + 2.0,1 = 0,35 mol; n_CO2 = 0,15 mol

\(\frac{{{n_{O{H^ - }}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} = \frac{{0,35}}{{0,15}} = 2,33 > 2\) => OH^- dư, chỉ tạo muối CO₃^2-

*BTNT “C”: n_{CO3 2-} = n_CO2 = 0,15 mol

So sánh thấy: n_Ba2+ < n_CO32- => Ba²⁺ hết, CO₃^2- dư

=> n_BaCO3 = n_Ba2+ = 0,1 mol

=> m _BaCO3 = 0,1.197 = 19,7 gam

n_CO2 = 0,3 mol; n_Ba(OH)2 = 1,25.0,2 = 0,25 mol

=> n_Ba2+ = n_Ba(OH)2 = 0,25 mol; n_OH- = 2n_Ba(OH)2 = 0,5 mol

Tỉ lệ: 1 < n_OH- : n_CO2 = 0,5 : 0,3 = 1,67 < 2 => Tạo muối CO₃^2- và HCO₃^-

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

  x         2x         x

CO₂ + OH^- → HCO₃^-

  y        y            y

n_CO2 = x + y = 0,3

n_OH- = 2x + y = 0,5

Giải hệ được x = 0,2; y = 0,1

So sánh: \({n_{B{a^{2 + }}}} > {n_{CO_3^{2 - }}}\)  => Ba²⁺ dư so với CO₃^2-

=> n_BaCO3 = \({n_{CO_3^{2 - }}}\) = 0,2mol => m _{kết tủa} = 0,2.197 =  39,4 gam

TH1: Ca(OH)₂ dư, kết tủa chưa bị hòa tan

BT “C”: n_CO2 = n_CaCO3 = 0,1 mol

=> V_CO2 = 2,24 lít

TH2: Kết tủa bị hòa tan một phần

BT “Ca” => n_Ca(HCO3)2 = n_Ca(OH)2 – n_CaCO3 = 0,2 – 0,1 = 0,1 mol

BT “C” => n_CO2 = n_CaCO3 + 2n_Ca(HCO3)2 = 0,1 + 2.0,1 = 0,3 mol

=> V_CO2 = 6,72 lít

n_OH- = 2n_Ca(OH)2 = 0,4 mol

n_CO2 = 0,1 mol

Ta có n_OH- /n_CO2 = 4 => Ca(OH)₂ dư, chỉ tạo muối trung hòa

n_CaCO3 = n_CO2 = 0,1 mol => m_CaCO3 = 0,1.100 = 10 (g)

Sau phản ứng thu được 2 muối => n_CO2 < n_OH- < 2.n_CO2  => a < 2b < 2a => b < a < 2b

n_CO2 = 0,25 mol;  n_OH- = 0,36 mol

Xét tỉ lệ: n_OH- / n_CO2 = 0,36 / 0,25 = 1,44 => sau phản ứng thu được 2 muối

Sử dụng công thức tính nhanh: \({n_{CO_3^{2 - }}} = {n_{O{H^ - }}} - {n_{C{O_2}}}\)= 0,36 – 0,25 = 0,11 mol

=> n_CaCO3 = n_CO3 = 0,11 mol => m = 11 gam

n_KOH = 0,5 mol;  n_CO2 = 0,35 mol

Xét: n_OH- / n_CO2 = 0,5/0,35 = 10/7

=> Tạo 2 muối K₂CO₃ và KHCO₃

Tuy nhiên khi cô cạn dung dịch thì muối KHCO₃ bị nhiệt phân  thành K₂CO₃

Bảo toàn K => n_K2CO3 = 0,25 mol => m = 34,5g

n_NaOH = 0,3 mol

TH1: Chất rắn chỉ gồm Na₂CO₃

Bảo toàn Na => n_Na2CO3 = ½ n_NaOH = 0,15 mol => m _{chất rắn} = 15,9g > 14,6

TH2: Chất rắn gồm Na₂CO₃ (x mol) và NaOH (y mol)

=> m_{rắn khan} = 106x + 40y = 14,6   (1)

Bảo toàn nguyên tố Na: n_{NaOH ban đầu} = 2.n_Na2CO3 + n_{NaOH dư} => 2x + y = 0,3  (2)

Từ (1) và (2) => x = 0,1 và y = 0,1

Bảo toàn nguyên tố C: n_CO2 = n_Na2CO3 = 0,1 mol

TH3: Chất rắn gồm Na₂CO₃ (x mol) và NaHCO₃ (y mol)

Bảo toàn nguyên tố Na: n_{NaOH ban đầu} = 2.n_Na2CO3 + n_NaHCO3 => 2x + y = 0,3  (3)

m_{rắn khan} = m_Na2CO3 + m_NaHCO3 => 106x + 84y = 14,6  (4)

Giả (3) và (4) ra nghiệm âm => loại trường hợp này

n_OH- = 0,4 mol; n_BaCO3 = 0,08 mol

Thể tích khí CO₂ cần dùng lớn nhất để thu được 15,76 gam kết tủa là khi tạo kết tủa tối đa sau đó hòa tan 1 phần

=> phản ứng thu được 2 muối BaCO₃ và Ba(HCO₃)₂

Sử dụng công thức tính nhanh: n_CO2 = n_OH- - n_BaCO3 = 0,4 – 0,08 = 0,32 mol

=> V = 7,168 lít

n_CO2 = 0,5 mol;  n_CaCO3 = 0,1 mol

TH1: thu được 1 muối CO₃^2-

=> n_Ca2+ = n_CaCO3 = 0,1 mol => a = 0,1

Kiểm tra lại:

n_OH- = 2.n_Ca(OH)2 + n_NaOH = 2.0,1 + 0,2 = 0,4 mol

Mà thu được muối CO₃^2- thì n_OH- \( \ge \) 2.n_CO2 => 0,4\( \ge \) 2.0,5 (vô lí) => loại trường hợp này

TH2: thu được 2 muối HCO₃^- và CO₃^2-

Sử dụng công thức tính nhanh: \({n_{CO_3^{2 - }}} = {n_{O{H^ - }}} - {n_{C{O_2}}}\)=> 2a + 0,2 – 0,5 = 0,1 => a = 0,2 mol

n_OH- = 0,18 mol;  n_Ba2+ = 0,05 mol

Xét tỉ lệ: n_Ba2+ = 0,05 mol < ½.n_OH-  => Kết tủa cực đại khi Ba²⁺ tạo hết thành kết tủa BaCO₃

TH1: Thu được 1 muối CO₃^2- => n_CO2 = n_CO32- = n_Ba2+ = 0,05 mol => V = 1,12 lít

TH2: Thu được 2 muối HCO₃^- và CO₃^2-

=> n_CO2 = n_OH- - n_CO32- = n_OH- - n_Ba2+ = 0,18 – 0,05 = 0,13 mol => V = 2,912 lít