Mục lục bài viết

1. Quá trình xảy ra trong phản ứng CO2 tác dụng với dung dịch kiềm

Trong quá trình tương tác giữa CO2 và dung dịch kiềm, CO2 sẽ tương tác với ion hydroxide OH- có trong dung dịch kiềm để tạo ra các hợp chất muối cacbonat (CO32-) hoặc hydrocacbonat (HCO3-). Các phản ứng này diễn ra qua hai bước như sau:

Bước 1: CO2 khí tan trong dung dịch kiềm:

CO2 (khí) + 2OH- (dung dịch) → CO32- (dung dịch) + H2O (nước lỏng)

Bước 2: CO2 khí tạo thành hydrocacbonat:

CO2 (khí) + OH- (dung dịch) → HCO3- (dung dịch)

Trong cả hai bước này, các hợp chất CO32- và HCO3- đều có tính bazơ, dẫn đến sự kiềm hóa của dung dịch. Điều này làm tăng tính bazơ của dung dịch kiềm sau khi phản ứng xảy ra. Điều này giải thích tại sao khi CO2 được thêm vào dung dịch kiềm, dung dịch trở nên kiềm hơn. Hy vọng rằng thông tin này hữu ích và đủ để cung cấp kiến thức bạn cần.

 

2. Phương pháp giải bài toán CO2 tác dụng với dung dịch kiềm

2.1. Bài toán CO2, SO2 dẫn vào dung dịch NaOH, KOH

Khi CO2 (hoặc SO2) tác dụng với dung dịch NaOH, có ba khả năng tạo muối sau:

CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (Phản ứng 1)

CO2 + NaOH → NaHCO3 (Phản ứng 2)

Chúng ta sử dụng biểu đạt T = nNaOH/nCO2 để mô tả tỷ lệ giữa lượng NaOH và CO2. Cụ thể:

- Nếu T = 2: Chỉ tạo ra muối Na2CO3.

- Nếu T ≤ 1: Chỉ tạo ra muối NaHCO3.

- Nếu 1 < T < 2: Tạo cả hai muối NaHCO3 và Na2CO3.

Tuy nhiên, có những trường hợp không thể tính được giá trị T. Trong trường hợp đó, chúng ta phải dựa vào các điều kiện phụ khác để xác định khả năng tạo muối. Dưới đây là các điều kiện phụ:

- Khi hấp thụ CO2 vào dung dịch NaOH dư (hoặc KOH dư), chỉ tạo muối trung hòa Na2CO3 (K2CO3).

- Khi hấp thụ CO2 vào NaOH, chỉ tạo muối Na2CO3. Sau đó, khi thêm BaCl2 vào, xuất hiện kết tủa. Khi tiếp tục thêm Ba(OH)2 dư vào, xuất hiện thêm kết tủa nữa, cho thấy tạo cả hai muối Na2CO3 và NaHCO3.

- Khi lượng chất hấp thụ vào bình NaOH tăng, thì khối lượng của bình tăng và khối lượng dung dịch cũng tăng lên (bao gồm CO2 và H2O).

- Trong trường hợp không có các điều kiện phụ nêu trên, chúng ta phải xem xét từng trường hợp cụ thể để giải quyết vấn đề.

 

2.2. Bài toán CO2, SO2 dẫn vào dung dịch Ca(OH)2, Ba(OH)2

Bởi vì chúng ta không biết chính xác sản phẩm thu được trong phản ứng, cần phải tính tỷ lệ T trong các phản ứng sau:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O (Phản ứng 1)

Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2 (Phản ứng 2)

Chúng ta đặt T = nCO2 : nCa(OH)2 để mô tả tỷ lệ giữa lượng CO2 và Ca(OH)2. Cụ thể:

- Nếu T ≤ 1: Chỉ tạo muối CaCO3.

- Nếu T = 2: Chỉ tạo muối Ca(HCO3)2.

- Nếu 1 < T < 2: Tạo cả muối CaCO3 và Ca(HCO3)2.

Tuy nhiên, trong trường hợp không thể tính giá trị T, chúng ta cần dựa vào các điều kiện phụ để xác định khả năng tạo muối. Dưới đây là một số điều kiện phụ:

- Khi hấp thụ CO2 vào nước vôi và thấy xuất hiện kết tủa, sau đó thêm NaOH dư vào và xuất hiện thêm kết tủa, điều này cho thấy sự tạo cả CaCO3 và Ca(HCO3)2.

- Khi hấp thụ CO2 vào nước vôi và thấy xuất hiện kết tủa, sau đó lọc bỏ kết tủa và đun nóng nước lọc lại và thấy xuất hiện kết tủa nữa, điều này cũng cho thấy sự tạo cả CaCO3 và Ca(HCO3)2.

Nếu không có các điều kiện phụ nêu trên, chúng ta phải xem xét từng trường hợp cụ thể để giải quyết vấn đề.

Thêm vào đó, sự tăng giảm khối lượng dung dịch có thể được quan sát qua các biểu hiện sau khi thực hiện phản ứng:

- Khi sản phẩm cháy vào bình chứa Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2, ta có thể quan sát mức tăng khối lượng của bình bằng với khối lượng chất hấp thụ.

- Khối lượng dung dịch tăng khi có sự hấp thụ CO2.

- Khối lượng dung dịch giảm khi có kết tủa được hình thành.

 

2.3. Bài toán nghịch: Cho biết lượng sản phẩm, xác định lượng chất tham gia phản ứng

Ví dụ: Thổi V lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dung dịch Ca(OH)2 1M và thu được 6g kết tủa. Sau khi lọc kết tủa và đun nóng dung dịch lại, ta tiếp tục quan sát thấy xuất hiện thêm kết tủa. Bạn hãy tìm giá trị của V?

Đáp án và hướng dẫn giải:

Tính số mol của muối kết tủa (CaCO3):

nCaCO3 = khối lượng kết tủa (g) / khối lượng mol của CaCO3 (g/mol)

nCaCO3 = 6 g / 100 g/mol = 0,06 mol

Vì sau khi đun nóng lại có thêm kết tủa nên phải có Ca(HCO3)2:

Số mol CaCO3 tạo thêm = nCaCO3 ban đầu = 0,06 mol

Sử dụng phản ứng và số mol của CaCO3 tạo thêm để tính số mol CO2 đã tác dụng trong phản ứng:

Phản ứng 1: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

Số mol CO2 = số mol CaCO3 = 0,06 mol

Vì đã tác dụng thêm CO2, ta phải tính số mol CO2 ở phản ứng thứ hai:

Số mol CO2 ở phản ứng 2 = 0,06 mol * 2 = 0,12 mol

Tổng số mol CO2 đã tác dụng trong cả hai phản ứng:

Tổng số mol CO2 = Số mol CO2 phản ứng 1 + Số mol CO2 phản ứng 2 = 0,06 mol + 0,12 mol = 0,18 mol

Sử dụng công thức pv = nRT (đối với điều kiện tiêu chuẩn) để tính thể tích CO2 (V) đã tác dụng:

V = (0,18 mol) * (22,4 L/mol) = 4,032 L

Vậy giá trị của V là 4,032 lít.

 

2.4. Bài toán cho biết trước số mol CO2 và số mol kết tủa (=CO3)

Nếu n =CO3 < nCO2 => Xảy ra trường hợp 1: Phản ứng tạo thành cả 2 muối

Nếu n =CO3 = nCO2 => Xảy ra trường hợp 2: Phản ứng chỉ tạo =CO3

 

3. Bài tập về CO2 tác dụng với kiềm

Bài 1: Khi hấp thụ hoàn toàn 0,16 mol CO2 vào 2 lít dung dịch Ca(OH)2 0,05 M, ta thu được kết tủa X và dung dịch Y. Chúng ta cần xác định khối lượng của dung dịch Y có tăng hay giảm so với dung dịch Ca(OH)2 ban đầu.

Trước hết, tính số mol của Ca(OH)2 ban đầu:

nCa(OH)2 = 0,05 M * 2 L = 0,1 mol

Tiếp theo, tính tỷ lệ CO2 và Ca(OH)2:

T = nCO2 / nCa(OH)2 = 0,16 mol / 0,1 mol = 1,6

Tỷ lệ T nằm giữa 1 và 2, cho thấy rằng cả muối CaCO3 và Ca(HCO3)2 được tạo ra trong phản ứng:

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O

Số mol CO2 dùng để hòa tan kết tủa là:

nCO2 hòa tan = 0,16 mol - 0,1 mol = 0,06 mol

Sau đó, CO2 tiếp tục tạo muối Ca(HCO3)2:

CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2

0,06 mol → 0,06 mol

Số mol kết tủa còn lại là:

nKết tủa = nCa(OH)2 ban đầu - nCO2 hòa tan = 0,1 mol - 0,06 mol = 0,04 mol

Khối lượng kết tủa là:

mKết tủa = nKết tủa * khối lượng công thức của CaCO3

mKết tủa = 0,04 mol * 100 g/mol = 4 g

Vậy, khối lượng của dung dịch Y tăng lên 4 g so với dung dịch Ca(OH)2 ban đầu.

Bài 2: Thổi V lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dd Ca(OH)2 1M thu được 6g kết tủa. Lọc kết tủa đun nóng dd lại thấy có kết tủa nữa. Tìm V?

Bước đầu tiên, tính số mol của CaCO3 từ khối lượng kết tủa:

nCaCO3 = mKết tủa / khối lượng công thức của CaCO3

nCaCO3 = 6 g / 100 g/mol = 0,06 mol

Bây giờ, chúng ta sử dụng thông tin về số mol của CaCO3 và Ca(HCO3)2 để tính V:

Tỷ lệ số mol CaCO3 và Ca(HCO3)2 trong phản ứng là 1:2, do đó:

nCa(HCO3)2 = 2 * nCaCO3 = 2 * 0,06 mol = 0,12 mol

Số mol CO2 ban đầu là tổng số mol của CaCO3 và Ca(HCO3)2:

nCO2 ban đầu = nCaCO3 + nCa(HCO3)2 = 0,06 mol + 0,12 mol = 0,18 mol

Dung tích của CO2 ở đktc là 22,4 lít/mol, vì vậy:

V = nCO2 ban đầu * 22,4 lít/mol = 0,18 mol * 22,4 lít/mol = 4,032 lít

Vậy, giá trị của V là 4,032 lít.

Bài 3: A là hh khí gồm CO2, SO2, d(A/H2) = 27. Dẫn a mol hh khí A qua bình đựng 1 lít dd NaOH 1,5aM. Sau phản ứng cô cạn cẩn thận dd thu được m gam muối khan. Tìm m theo a?

Công thức chung của oxit trong hh khí A là MO2, và trọng lượng mol của MO2 là 27 g/mol (do d(A/H2) = 27).

Số mol của NaOH được dùng trong phản ứng là:

nNaOH = 1,5a mol

Theo phản ứng:

MO2 + 2NaOH → Na2MO3 + H2O

Ta có tỷ lệ số mol giữa MO2 và NaOH là 1:2, nên số mol của MO2 trong phản ứng là 0,75a mol. Sau đó, ta có thể tính số mol của Na2MO3 và NaHMO3 là 0,75a mol và 0,5a mol, tương ứng.

Khối lượng muối khan được tạo thành là:

m = mNa2MO3 + mNaHMO3 = 0,75a * (23 g/mol + 2 * 16 g/mol) + 0,5a * (23 g/mol + 16 g/mol) = 0,75a * 54 g/mol + 0,5a * 39 g/mol

m = 40,5a g

Vậy, khối lượng muối khan m theo a là 40,5a g.

Bài viết liên quan: Cân bằng phản ứng sau CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O 

Trên đây là toàn bộ nội dung bài viết của Luật Minh Khuê về: Chuyên đề: CO2 tác dụng với dung dịch kiềm kèm bài tập có đáp án. Xin cảm ơn quý bạn đọc đã quan tâm theo dõi!