Phản Ứng Nhiệt Phân CaCO3 (Canxi Cacbonat)
1. Phương trình phản ứng nhiệt phân CaCO3
CaCO3 –(t°)–> CaO + CO2↑
Phản ứng này là phản ứng phân hủy, trong đó canxi cacbonat (CaCO3) bị nhiệt phân tạo thành canxi oxit (CaO) và khí cacbon dioxit (CO2). Đây là một phản ứng quan trọng trong công nghiệp sản xuất vôi và xi măng.
2. Mô tả hiện tượng của phản ứng nhiệt phân CaCO3
Khi nung nóng đá vôi (CaCO3), ta thấy:
- Chất rắn (CaCO3) dần chuyển thành chất rắn mới màu trắng (CaO).
- Có khí không màu, không mùi thoát ra (CO2). Khí này làm đục nước vôi trong nếu dẫn qua.
Hình ảnh minh họa phản ứng nhiệt phân CaCO3 tạo thành CaO và CO2, ứng dụng trong sản xuất vôi.
3. Cách tiến hành thí nghiệm nhiệt phân CaCO3
- Lấy một mẩu nhỏ đá vôi (CaCO3) vào ống nghiệm khô.
- Kẹp ống nghiệm bằng kẹp gỗ và hơ nóng đều ống nghiệm.
- Sau đó, tập trung đun nóng đáy ống nghiệm bằng đèn cồn cho đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn và không còn khí CO2 thoát ra.
- Có thể dẫn khí CO2 thoát ra vào ống nghiệm đựng nước vôi trong để quan sát hiện tượng.
4. Ứng dụng và mở rộng kiến thức về CaCO3
Canxi cacbonat (CaCO3) là một hợp chất phổ biến trong tự nhiên, tồn tại ở dạng đá vôi, đá phấn, và là thành phần chính của vỏ sò, ốc, san hô.
4.1. Tính chất hóa học của CaCO3
CaCO3 thể hiện đầy đủ tính chất hóa học của một muối cacbonat.
-
Tác dụng với axit mạnh:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
CO32− + 2H+ → CO2↑ + H2O
Phản ứng này giải thích hiện tượng ăn mòn đá vôi bởi mưa axit.
-
Tác dụng với dung dịch kiềm (trong một số điều kiện đặc biệt):
Muối hiđrocacbonat tác dụng dễ dàng với dung dịch kiềm. Ví dụ:
Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O
HCO3−+OH−→CO32−+H2O -
Phản ứng nhiệt phân:
Các muối cacbonat của kim loại kiềm (như Na2CO3, K2CO3) thì bền nhiệt, không bị nhiệt phân. Các muối cacbonat còn lại (như CaCO3, MgCO3,…) thì bị nhiệt phân.CaCO3 –(t°)–> CaO + CO2↑
Ứng dụng của phản ứng này là sản xuất vôi sống (CaO).
Hình ảnh minh họa ứng dụng đa dạng của CaCO3 trong đời sống và công nghiệp: sản xuất vôi, xi măng, dược phẩm, thực phẩm và vật liệu xây dựng.
4.2. Bài tập vận dụng về CaCO3 và phản ứng nhiệt phân
Câu 1: Muối nào sau đây có thể điều chế bằng phản ứng của dung dịch muối cacbonat với dung dịch axit clohidric (HCl)?
A. KNO3
B. ZnSO4
C. CaCO3
D. NaCl
Đáp án D
Giải thích:
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O
Câu 2: Hợp chất nào sau đây khi bị nhiệt phân tạo ra một oxit và một chất khí làm đục nước vôi trong?
A. Muối nitrat
B. Muối sulfat
C. Muối clorua
D. Muối cacbonat không tan
Đáp án D
Giải thích:
Ví dụ:
CaCO3 –(t°)–> CaO + CO2
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 ↓ + H2O
Câu 3: Phương trình hóa học nào sau đây được sử dụng để điều chế canxi oxit (CaO)?
A. CaCO3 (r) –(t°)–> CaO (r) + CO2 (k)
B. Ca(OH)2 (dd) –(t°)–> CaO (r) + H2O (h)
C. CaSO4 (r) –(t°)–> CaO (r) + SO2 (k)
D. CaSO4 (r) –(t°)–> CaO (r) + SO2 (k)
Đáp án A
Câu 4: Ứng dụng nào sau đây không phải là của canxi oxit (CaO)?
A. Khử chua đất trồng
B. Khử độc môi trường
C. Sát trùng, diệt nấm
D. Sản xuất cao su
Đáp án D
Câu 5: Để thu được 5,6 tấn vôi sống (CaO) với hiệu suất phản ứng là 95%, khối lượng CaCO3 cần dùng là bao nhiêu?
A. 9,5 tấn
B. 10,5 tấn
C. 10 tấn
D. 9,0 tấn
Đáp án B
Giải thích:
CaCO3 –(t°)–> CaO + CO2
100 g → 56 g
10 tấn ← 5,6 tấn (theo lý thuyết)
Do hiệu suất phản ứng là 95% nên khối lượng CaCO3 cần dùng là:
m(thực tế) = m(lý thuyết) 100% / H% = 10 100% / 95% = 10,5 tấn.
Câu 6: Trong phòng thí nghiệm, chất nào sau đây được sử dụng làm chất hút ẩm (chất làm khô)?
A. MgO
B. CuO
C. CaO
D. ZnO
Đáp án C
Giải thích:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Câu 7: Nhỏ từ từ dung dịch axit clohidric (HCl) vào cốc đựng một mẩu đá vôi (CaCO3) cho đến dư axit. Hiện tượng nào xảy ra?
A. Sủi bọt khí, đá vôi tan dần
B. Không sủi bọt khí, đá vôi không tan
C. Sủi bọt khí, đá vôi không tan
D. Đá vôi tan dần, không sủi bọt khí
Đáp án A
Giải thích:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
Câu 8: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm CaO và CaCO3 cần vừa đủ 100 ml dung dịch HCl 3M. Khối lượng muối khan thu được sau phản ứng là bao nhiêu?
A. 16,65 g
B. 15,56 g
C. 166,5 g
D. 155,6g
Đáp án A
Giải thích:
Số mol HCl = 0,1 * 3 = 0,3 mol
Gọi số mol CaO là x mol; số mol CaCO3 là y mol
CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O
x → 2x x mol
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 ↑ + H2O
y → 2y y mol
Theo PTHH có: nHCl = 2x + 2y = 0,3 mol → x + y = 0,15 mol
Muối thu được là CaCl2: (x + y) mol
→ mmuối = (x + y) (40 + 71) = 0,15 111 = 16,65 gam.
Câu 9: Cho 35 gam CaCO3 vào dung dịch HCl dư, sau khi phản ứng hoàn toàn thu được bao nhiêu lít khí CO2 ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc)?
A. 7,84 lít
B. 6,72 lít
C. 5,56 lít
D. 4,90 lít
Đáp án A
Giải thích:
Số mol của CaCO3 là: nCaCO3 = 35 / 100 = 0,35 mol
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
0,35 0,35 (mol)
Theo phương trình phản ứng ta có: nCO2 = 0,35 mol
Thể tích khí CO2 ở đktc là: VCO2 = 0,35 * 22,4 = 7,84 lít.
Câu 10: Nhiệt phân hoàn toàn m gam hỗn hợp gồm CaCO3 và Na2CO3 thu được 11,6 gam chất rắn và 2,24 lít khí (đktc). Hàm lượng phần trăm của CaCO3 trong hỗn hợp ban đầu là bao nhiêu?
A. 6,25%.
B. 8,62%.
C. 50,2%.
D. 62,5%.
Đáp án D
Giải thích:
Na2CO3 bền với nhiệt, không bị nhiệt phân.
CaCO3 –(t°)–> CaO + CO2
nCO2 = 0,1 mol → nCaCO3 = 0,1 mol → mCaCO3 = 0,1 * 100 = 10 gam
Bảo toàn khối lượng ta có:
m = m(chất rắn) + m(khí) = 11,6 + 0,1 * 44 = 16 gam
→ %mCaCO3 = (10 / 16) * 100 = 62,5%
Câu 11: Hòa tan hoàn toàn 4 gam hỗn hợp A2CO3 và BCO3 vào dung dịch HCl vừa đủ thu được dung dịch chứa 5,1g muối và V lít khí ở đktc. Giá trị của V là:
A. 1,68.
B. 2,24.
C. 3,36.
D. 11,2.
Đáp án B
Giải thích:
A2CO3 + 2HCl → 2ACl + CO2↑ + H2O
BCO3 + 2HCl → BCl2 + CO2↑ + H2O
Nhận thấy: nCO2=x mol → nHCl = 2x mol; nH2O = x mol
Bảo toàn khối lượng:
m(muối cacbonat) + mHCl = m(muối clorua) + mCO2 + mH2O
→ 4 + 2x * 36,5 = 5,1 + 44x + 18x
→ x = 0,1 mol
→ V = 0,1 * 22,4 = 2,24 lít.
5. Kết luận
Phản ứng nhiệt phân CaCO3 là một phản ứng quan trọng với nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Việc nắm vững kiến thức về phản ứng này, cũng như các tính chất hóa học của CaCO3 sẽ giúp ích rất nhiều trong học tập và thực tiễn.