Chuyên đề Phân dạng và một số phương pháp giải bài tập oxit axit phản ứng với dung dịch kiềm

Nội dung text: Chuyên đề Phân dạng và một số phương pháp giải bài tập oxit axit phản ứng với dung dịch kiềm

1. CHUYÊN ĐỀ MÔN HÓA HỌC GV: Nguyễn Thị Thanh Huyền – Tổ trưởng Tên chuyên đề “Phân dạng và một số phương pháp giải bài tập oxit axit phản ứng với dung dịch kiềm” Giáo dục trong thời đại ngày nay với mục đích là: Học để biết (cốt lõi là hiểu) - Học để làm (trên cơ sở hiểu) - Học để cùng sống với nhau (trên cơ sở hiểu nhau)- Học để làm người (trên cơ sở hiểu bản thân). Mặt khác trước sự bùng nổ thông tin và sự lão hoá nhanh của kiến thức con người muốn tồn tại và phát triển đều phải học thường xuyên, học suốt đời. Hoá học là một khoa học nghiên cứu các chất và sự biến đổi của chúng. Các chất tạo nên mọi vật thể của thế giới vô sinh và hữu sinh, chính chúng tạo nên cả cơ thể chúng ta. Hoá học là bộ môn khoa học quan trọng trong nhà trường phổ thông. Trong hóa học học sinh cần có những phẩm chất cần thiết như cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, chính xác, yêu chân lí khoa học, có ý thức trách nhiệm với bản thân, gia đình, xã hội có thể hoà hợp với môi trường thiên nhiên, chuẩn bị cho học sinh lên và đi vào cuộc sống lao động. Trong thực tế dạy học, bồi dưỡng học sinh giỏi tôi thấy rõ bài tập hóa học đóng một vai trò cực kì quan trọng. Trong đó dạng bài oxit axit phản ứng với dung dịch kiềm là một dạng bài tập tương đối khó song nó lại ít được đề cập trong chương trình hóa học ở trung học cơ sở. Ngay cả phần lí thuyết, bài tập trong sách giáo khoa cũng đơn giản, chỉ giới thiệu chung và chủ yếu tập trung vào một dạng toán hóa học và cho sẵn sản phẩm phản ứng, do vậy khi gặp những bài toán yêu cầu các em biện luận hay tính toán đối với dạng bài cho oxit axit tác dụng với dung dịch kiềm các em thường lúng túng và dễ mắc sai lầm. Ngày nay việc đổi mới trong các bài giảng lí thuyết đã được áp dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả. Tuy nhiên việc đổi mới trong phương pháp bồi dưỡng kĩ năng làm bài tập cho học sinh còn nhiều hạn chế. Mặt khác trong môn hóa học bài tập hóa học là nguồn cung cấp kiến thức mới, vận dụng kiến thức lí thuyết, giải thích các hiện tượng, giúp tính toán các đại lượng cơ bản: khối lượng, thể tích, lượng chất, Việc giải bài tập sẽ giúp học sinh được củng cố kiến thức lí thuyết đã được học vận dụng linh hoạt kiến thức vào làm bài. Để giải được bài tập đòi hỏi học sinh không chỉ nắm vững các tính chất hoá học của các đơn chất và hợp chất đã học, nắm vững các công thức tính toán, biết cách tính theo phương trình hóa học và công thức hoá học. Đối với nhiều dạng bài tập thì nếu học sinh không nắm
2. được bản chất của các phản ứng thì việc giải bài toán của học sinh sẽ gặp rất nhiều khó khăn và thường là giải sai như dạng bài tập: Oxit axit phản ứng với dung dịch kiềm. Hấp thụ CO2 (hoặc SO2) vào dung dịch chứa x mol KOH (hoặc NaOH) và y mol Ca(OH)2 ( hoặc Ba(OH)2) Ta có thể coi các phản ứng xảy ra theo thứ tự: CO2 + Ca(OH)2→CaCO3 + H2O (1) Nếu Ca(OH)2 hết mà vẫn sục khí CO2vào thì: CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O (2) Nếu NaOH hết mà vẫn tiếp tục sục CO2 vào thì: CO2 +Na2CO3 + H2O→2NaHCO3(3) (2)+(3): CO2 + NaOH →NaHCO3(4) Nếu Na2CO3 hết mà vẫn sục thêm CO2 vào thì: CO2 +CaCO3 + H2O →Ca(HCO3 )2(5) (4)+(5):2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3 )2(6) Ví dụ 1: Hấp thụ hoàn toàn 7,84lit khí CO2(đktc) vào dung dịch chứa 0,1mol NaOH và 0,15 mol Ba(OH)2. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch X và m gam kết tủa. a. Tính m. b. Tính thể tích dung dịch NaOH 1M tối thiểu cần dùng để phản ứng hết với dung dịch X. Giải: 7,84 n = = 0,35 mol CO2 22,4 Ta có thể coi các phản ứng xảy ra theo thứ tự CO2 + Ba(OH)2→ BaCO3 + H2O (1) 0,15 ← 0,15 →0,15 = 0,35 – 0,15= 0,2 mol nCO2dư CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O (2) 0,05← 0,1 → 0,05 = 0,2 – 0,05= 0,15 mol nCO2dư CO2 +Na2CO3 + H2O→2NaHCO3 (3)
3. 0,05← 0,05 = 0,15 – 0,05= 0,1 mol nCO2dư CO2 +BaCO3 + H2O →Ba(HCO3 )2 (4) 0,1 →0,1 = 0,15 – 0,1= 0,05 mol nBaCO3còn a. = 0,05. 197 = 9,85 g mBaCO3 b. Trong dung dịch X còn 0,1 mol NaHCO3 và 0,1 mol Ba(HCO3)2 Nhỏ dung dịch NaOH vào X Ba(HCO3 )2+ 2NaOH → Na2CO3 + BaCO3 +2 H2O 0,1→ 0,2 NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O 0,1→0,1 ∑nNaOH= 0,2+ 0,1= 0,3 mol Thể tích dung dịch NaOH cần dùng: 0,3 V = =0,3 lit ddNaOH 1 Ví dụ 2: Hấp thụ hoàn toàn 6,72 lit CO2 (đktc) vào 200ml dung địch hỗn hợp NaOH a mol/ l và Ca(OH)2 b mol/l thu được 8 gam kết tủa và dung dịch X chỉ chứa 21,12 g muối. a. Tính giá trị của a và b. b. Cho từ từ 200ml dung dịch HCl 1M vào dung dịch X thu được V lit CO 2 đktc. Tính V. c. Cho từ từ dung dịch X vào 225ml dung dịch HCl 1M thu được V 1 lit CO2 đktc. Tính V1. (Đề thi HSG tỉnh Hà Tĩnh năm 2016-1017) Giải: 6,72 n = = 0,3 mol CO2 22,4 n = 0,2a mol ; = 0,2b mol NaOH nCa(OH)2 8 n = = 0,08 mol CaCO3 100 Khi sục CO2 vào hỗn hợp NaOH và Ca(OH)2 thứ tự các phản ứng có thể xảy ra: CO2 + Ca(OH)2→CaCO3 + H2O (1) CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O (2)
4. CO2 +Na2CO3 + H2O→2NaHCO3 (3) (2)+(3): CO2 +NaOH →NaHCO3 CO2 +CaCO3 + H2O →Ca(HCO3 )2(4) (1)+(4): 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3 )2 • Trường hợp 1: Chỉ xảy ra (1) và (2) Theo (1) = = = 0,08 mol nCO2(1) nCaCO3 → = 0,3- 0,08 = 0,22 mol nCO2(2) → m = = 0,22. 106 = 23,3 g ≠ 21,12 g (không thõa mãn) muối nNa2CO3 • Trường hợp 2: Xảy ra (1)(2)(3) Theo (1) = = 0,08 mol nCO2(1) nCaCO3 → (2,3) = 0,3- 0,08 = 0,22 mol nCO2 Gọi x,y là số mol của CO2 tham gia phản ứng (2)(3) x + y = 0,22 → x= 0,17 106(x-y) + 2y.84 = 21,12 y= 0,05 Theo (2,3) n = 2 = 2x = 0,17 . 2= 0,34 mol→ 2a = 0,34→ a= 0,17 M NaOH nCO2 = = 0,08 mol → 2b = 0,08 → b= 0,04 M nCa(OH)2 nCaCO3 • Trường hợp 3: Xảy ra cả 4 phản ứng CO2 + Ca(OH)2→CaCO3 + H2O 0,2b ←0,2b → 0,2b CO2 +NaOH →NaHCO3 0,2a ←0,2a →0,2a CO2 + CaCO3 + H2O →Ca(HCO3 )2 (0,3-0,2a-0,2b)→(0,3-0,2a-0,2b)→(0,3-0,2a-0,2b) nkết tủa= 0,2b- (0,3-0,2a-0,2b) =0,08 → a = 5,5 (loại) mmuối = 0,2a.84+ (0,3-0,2a-0,2b) .162= 21,12 b= - 1,8 b . Cho nHCl = 0,2.1 = 0,2 mol vào dung dịch X chứa: 0,1 mol NaHCO3 và (0,17-0,05) = 0,12 mol Na2CO3 Thứ tự các phản ứng xảy ra: HCl + Na2CO3 → NaCl + NaHCO3
5. 0,12← 0,12 →0,12 ∑ = 0,12 + 0,1 = 0,22 mol nNaHCO3 nHCl còn = 0,2 – 0,12 = 0,08 mol HCl + NaHCO3→ NaCl + CO2 + H2O 0,08 → 0,08 = 0,08. 22,4 = 1,792 (l) VCO2 c .nHCl = 0,225 mol Nhỏ từ từ X vào HCl Gọi m, n là số mol NaHCO3 , Na2CO3 phản ứng HCl + NaHCO3→ NaCl + CO2 + H2O m ← m →m 2HCl + Na2CO3→ 2NaCl + CO2 + H2O 2n← n →n m+ 2 n= 0,225 → m = 0,066 m 0,1 5 = = n =0,079 n 0,12 6 ∑ = m + n = 0,066 + 0,079 = 0,145 mol nCO2 = 0,145 . 22,4 = 3,248 (l) VCO2 Nhận xét: Gặp dạng toán này học sinh thường lúng túng trong việc tìm ra phương pháp giải cũng như biện luận, các em thường có xu hướng viết sai trình tự phản ứng dẫn đến việc viết lại cùng một phản ứng hóa học.Đặc biệt đối với học sinh lớp 9 khi các em chưa được tiếp cận với cách viết phản ứng ion thì bài toán lại càng thêm phức tạp. Với trình tự phản ứng xảy ra như trên kết hợp với học sinh hiểu rõ bản chất của phản ứng khiến cho việc nhận dạng đề và tìm ra kết quả dễ đàng hơn nhiều lần.Đồng thời cũng tránh cho các em viết thêm phương trình khiến cho bài toán rối rắm và khó gải hơn. Hấp thụ oxit axit (CO 2, SO2) vào dung dịch chứa NaOH (hoặc KOH) và Na2CO3 ( K2CO3) Dạng tổng quát: Hấp thụ a mol CO2(SO2) vào dung dịch chứa x mol NaOH(hoặc KOH) và y mol Na2CO3( K2CO3). Tính khối lượng muối thu được.
6. Trước tiên xảy ra phản ứng: CO2 + 2NaOH  Na2CO3 + H2O (1) Xảy ra các trường hợp: + Trường hợp 1: CO2 hết, NaOH vừa đủ hoặc dư: tức a ≤2 x Số mol Na2CO3 = a + y (mol) m = muối mNa2CO3 + Trường hợp 2: CO2 dư, NaOH hết: tức a > 2 x x Số mol Na2CO3 sau phản ứng (1): 2+ y (mol) CO2 tiếp tục tham gia phản ứng: CO2 +Na2CO3 + H2O→2 NaHCO3 (2) x Số mol CO2 còn: a – 2 mol x x - Nếu a – 2 < 2+ y  a < x+ y x Tạo 2 muối: NaHCO3 2(a- 2) mol Na2CO3 (x+ y - a) mol x x - Nếu a – 2 ≥ 2 + y  a ≥ x+ y Muối thu được chỉ có NaHCO3 : x + 2y (mol) Ví dụ 1: Hấp thụ 5,6 lit khí CO 2 (đktc) vào 200ml dung dịch chứa NaOH 1M và Na2CO3 0,5M. Tính khối lượng muối thu được sau khi kết thúc các phản ứng. Giải: 5,6 n = = 0,25 mol CO2 22,4 n = 1. 0,2 = 0,2 mol ; = 0,5. 0,2 = 0,1 mol NaOH nNa2CO3 CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O 0,1← 0,2 → 0,1 ∑ = 0,1 + 0,1 = 0,2 mol nNa2CO3 = 0,25 – 0,1 = 0,15 mol nCO2 còn CO2 +Na2CO3 + H2O→2NaHCO3 0,15→0,15 →0,3 = 0,2 – 0,15 = 0,05 mol nNa2CO3
7. mmuối = 0,05. 106 + 0,3. 84 = 30,5 g Ví dụ 2: Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lit khí CO2 (đktc)vào 150ml dung dịch K2CO3 0,2 M và KOH x mol/l, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y. Cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch BaCl2 (dư) thu được 17,73 gam kết tủa. Tính giá trị của x. Giải: 3,36 n = = 0,15 mol CO2 22,4 17,73 n = = 0,09 mol CaCO3 197 = 0,2. 0,15 = 0,3 mol nK2CO3 nKOH = 0,15x mol Khi cho CO2 phản ứng với dung dịch X có thể có các phản ứng xảy ra theo thứ tự: CO2 + 2 KOH → K2CO3 + H2O (1) Nếu KOH hết mà vẫn tiếp tục sục CO2 vào thì: CO2 +K2CO3 + H2O→2KHCO3 (2) Dung dịch Y có chứa K2CO3 và KHCO3 (nếu có) Y + BaCl2 K2CO3 + BaCl2 → BaCO3 + 2KCl (3) 0,09← 0,09 Theo bảo toàn nguyên tố C: + = + nC(CO2) nC(K2CO3)X nC(K2CO3)Y nC(KHCO3) 0,15 + 0,03 = + 0,09 nC(KHCO3) = 0,09 mol → Có phản ứng (2 ) xảy ra nC(KHCO3) 1 Khi (1) kết thúc :n = n KOH + n (X) = 0,075x+0,03 K2CO3 2 K2CO3 1 Theo (2): n (2) = n (Y)= 0,045mol K2CO3 2 KHCO3 = 0,075x+ 0,03 – 0,045 = 0,09 nK2CO3còn → x = 1,4 M Ví dụ 3: Hỗn hợp khí X gồm CO 2, CO và N2, tỉ khối của X so với H 2 là 17,2. Cho m gam X phản ứng hoàn toàn với 100ml dung dịch Y chứa NaOH và Na 2CO3, thu
8. được dung dịch Z. Cho Z tác dụng với lượng dư dung dịch CaCl 2, sau khi kết thúc phản ứng thu được 5 gam kết tủa. a. Tính m? b. Cho từ từ từng giọt đến hết 200ml dung dịch HCl 1 M vào dung dịch Z, sinh ra V lit CO2 (đktc). Tính V? Giải: nNaOH= 0,1.1 = 0,1 mol =1,5 . 0,1 = 0,15 mol nNa2CO3 5 n = = 0,05 mol BaCO3 100 CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O (1) 0,05← 0,1 → 0,05 ∑ = 0,15 + 0,05 = 0,2 mol> n = 0,05 mol nNa2CO3 kết tủa = 0,2 – 0,05 = 0,15 mol nNa2CO3 CO2 +Na2CO3 + H2O→2NaHCO3(2) 0,15← 0,15 →0,3 Na2CO3+ CaCl2→ CaCO3 + 2NaCl (3) 0,05← 0,05 1 ∑n = n NaOH + n (2) = 0,2 mol CO2 2 Na2CO3 Trong Z có: 0,3 mol NaHCO3 và 0,05 mol Na2CO3 a. Gọi x,y là số mol CO, N2 28(x y) 0,2.44 MX= 2. 17,2 = 34,4 g→ x y 0,2 = 34,4 → x+ y = 0,3 m = 28.(x+ y) + 0,2. 44 = 28 .0,3+ 0,2 .44 = 17,2 g b. nHCl = 0,2. 1 = 0,2 mol Nhỏ từ từ từng giọt HCl vào Z Na2CO3 + HCl → NaHCO3 + NaCl 0,05 →0,05 →0.05 nHCl còn = 0,2 – 0,05 = 0,15 mol = 0,3 + 0,05 = 0,35 mol nNaHCO3 NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O 0,15 ←0,15 →0,15 = 0,15 . 22,4 = 3,36 lit. VCO2
9. Nhận xét: Khi mới tiếp xúc với dạng toán này học sinh thường lúng túng khi xác định trình tự phản ứng. Nhiều em viết phương tình tạo muối axit trước: CO2 + Na2CO3 + H2O→2 NaHCO3 Sau đó mới viết phương trình với bazơ: CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O Do vậy khi CO2 dư các em lại viết phương trình tạo muối axit khiến cho quá trình tính toán thêm phức tạp, lại mất thời gian khi viết lặp đi lặp lại phương trình. Khi biết được trình tự phản ứng, bản chất của lí thuyết học sinh đã tránh được tối đa sai lầm này. Cho hỗn hợp khí CO2, SO2 vào dung dịch NaOH hoặc KOH Đối với dạng toán này gọi oxit chung cuả CO 2 và SO2 là XO2 thì toàn bộ bài toán quay về dạng toán thứ nhất. Ví dụ 1 : Có 8,96 lit ở đktc hỗn hợp khí gồm 2 khí CO 2 và SO2, có tỉ khối so với hiđro là 29,5. Hấp thụ hỗn hợp khí vào 400ml dung dịch NaOH 1M. Kết thúc phản ứng thu được dung dịch X. Tính khối lượng các chất tan có trong dung dịch X. Giải : 8,96 nhh khí = 22,4 = 0,4 mol nNaOH = 0,4 mol Áp dụng hệ quả của quy tắc đường chéo ta có : n SO2 59 44 3 Mkhí = 29,5 .2 = 59 g/mol → n = = CO2 64 59 1 = 0,1 mol nCO2 = 0,3 mol nSO2 Gọi XO2 là oxit chung của SO2 và CO2 nNaOH 0,4 Ta có tỉ lệ T = n = = 1 XO2 0,4 Sản phẩm tạo muối axit vừa đủ. Các phản ứng xảy ra : SO2 + NaOH → NaHSO3 0,3 → 0,3 CO2 + NaOH → NaHCO3 0,1 → 0,1
10. Khối lượng chất tan có trong dung dịch X gồm = 0,1 . 84 = 8,4 g mNaHCO3 = 0,3 .104 = 31,2g mNaHSO3 Nhận xét : khi đưa ra dạng toán này cũng như dạng số 3 học sinh thường viết đầy đủ các phản ứng thì các em thường lúng túng trong xác định sản phẩm cũng như tính toán và đưa ra kết quả sai hoặc mất nhiều thời gian trong tính toán để đưa ra kết quả đúng. Khi gọi công thức chung của 2 oxit thì bài toán về dạng đơn giản dễ dàng quay dạng cơ bản số 1. Bài toán nghịch cho sản phẩm hỏi chất tham gia phản ứng. Hướng dẫn tổng quát: Cho x mol CO2 tác dụng với a mol Ca(OH)2 hoặc Ba(OH)2 (gọi chung là (OH)2) tạo b mol kết tủa CaCO3 (BaCO3). Ta tìm x theo a,b + Nếu a= b → x =b + Nếu a > b → có 2 trường hợp xảy ra. - Trường hợp 1: Ca(OH)2 dư tức là chỉ xảy ra phản ứng: CO2 + Ca(OH)2→CaCO3 + H2O → x=b - Trường hợp 2: Xảy ra 2 phản ứng: CO2 + Ca(OH)2→CaCO3 + H2O 2CO2 +Ca(OH)2 → Ca(HCO3 )2 → x = 2a – b Lưu ý: Đối với trường hợp nếu biết số mol kết tủa chưa cực đại như trên thì cũng có thể áp dụng phương pháp khảo sát đồ thị hàm số đề giải. Nếu 0 < n < thì bài toán có 2 nghiệm x và x kết tủa nR(OH)2 1 2 Với x1= nkết tủa = b; x2= 2a – b nR(OH)2 a 푛표 푖푡 x1 a x2 2a
11. Ví dụ 1: Hấp thụ x mol CO 2 vào dung dịch chứa 0,03 mol Ca(OH) 2 thu được 2 g kết tủa.Tính giá trị của x. Giải: 2 n = = 0,02 mol < n = 0,03 mol CaCO3 100 Ca(OH)2 Xét 2 trường hợp xảy ra: • Trường hợp 1: Ca(OH) 2 dư tức là chỉ xảy ra phản ứng: CO2 + Ca(OH)2→CaCO3 + H2O 0,02← 0,02 → x= 0,02 mol • Trường hợp 2: Ca(OH)2 vừa đủ. Xảy ra 2 phản ứng: CO2 + Ca(OH)2→CaCO3 + H2O 0,02← 0,02 2CO2 +Ca(OH)2 → Ca(HCO3 )2 0,02← 0,01 = 0,02 + 0,02 = 0,04 mol nCO2phản ứng