Bài toán xác định giá trị m khi cho từ từ 100 ml dung dịch HCl 2M vào dung dịch chứa NaHCO3 và Na2CO3 là một dạng bài tập hóa học thường gặp. Dưới đây là phân tích chi tiết và phương pháp giải quyết bài toán này.
Đề bài: Cho từ từ 100 ml dung dịch HCl 2M vào m gam dung dịch X chứa NaHCO3 4,2% và Na2CO3. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y và 1,12 lít khí CO2 thoát ra (đktc). Cho nước vôi trong dư vào dung dịch Y thu được tối đa 20 gam kết tủa. Tính giá trị của m.
Phân tích bài toán:
-
Phản ứng xảy ra theo thứ tự: Khi cho từ từ HCl vào dung dịch chứa Na2CO3 và NaHCO3, các phản ứng xảy ra theo thứ tự sau:
- HCl phản ứng với Na2CO3 tạo thành NaHCO3:
Na2CO3 + HCl → NaHCO3 + NaCl - HCl phản ứng với NaHCO3 tạo thành CO2 và H2O:
NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O
- HCl phản ứng với Na2CO3 tạo thành NaHCO3:
-
Dung dịch Y phản ứng với nước vôi trong dư: Dung dịch Y chứa các ion Cl-, Na+, và có thể còn NaHCO3 dư (nếu HCl hết trước khi phản ứng hết với NaHCO3). Khi cho nước vôi trong dư vào Y, phản ứng tạo kết tủa CaCO3 xảy ra nếu có HCO3-:
Ca(OH)2 + NaHCO3 → CaCO3 + NaOH + H2O
Phương pháp giải:
-
Tính số mol HCl: nHCl = V CM = 0,1 lít 2M = 0,2 mol
-
Tính số mol CO2: nCO2 = V/22.4 = 1,12 lít / 22,4 lít/mol = 0,05 mol
-
Gọi số mol Na2CO3 và NaHCO3 trong dung dịch X lần lượt là a và b.
-
Viết các phương trình phản ứng và thiết lập hệ phương trình dựa trên các dữ kiện đề bài:
- Từ số mol HCl phản ứng: a + n(HCl phản ứng với NaHCO3 tạo CO2) = 0,2 mol
- Từ số mol CO2 tạo ra: n(HCl phản ứng với NaHCO3 tạo CO2) = 0,05 mol
- Từ số mol CaCO3 kết tủa: nCaCO3 = số mol NaHCO3 dư trong Y = 0,2 mol (từ 20g CaCO3)
-
Giải hệ phương trình để tìm a và b.
-
Tính khối lượng Na2CO3 và NaHCO3 trong dung dịch X.
-
Tính khối lượng dung dịch X (m) dựa trên phần trăm khối lượng của NaHCO3 (4,2%).
Lời giải chi tiết (theo hướng dẫn của Vietjack):
Dung dịch Y tạo kết tủa với Ca(OH)2 nên HCl phản ứng hết.
Đặt a, b là số mol Na2CO3 và NaHCO3
CO32- + H+ → HCO3-
a → a → a
HCO3- + H+ → CO2 + H2O
0,05 → 0,05 0,05
=> nH+= a + 0,05 = 0,2 => a = 0,15
nHCO3 dư = a + b – 0,05 = b + 0,1
=> nCaCO3 = b + 0,1 = 0,2 => b = 0,1
=> m = 200 gam
Kết quả: Giá trị của m là 200 gam.
Hình ảnh trên minh họa quá trình chuẩn độ axit-bazơ, một kỹ thuật thường được sử dụng để xác định nồng độ của một dung dịch. Trong bài toán này, việc cho từ từ dung dịch HCl 2M vào dung dịch hỗn hợp Na2CO3 và NaHCO3 có thể được xem như một quá trình chuẩn độ, giúp xác định lượng chất phản ứng. Alt: Chuẩn độ axit bazơ, minh họa phản ứng giữa HCl và hỗn hợp Na2CO3, NaHCO3 để xác định nồng độ.
Lưu ý: Việc cho từ từ HCl rất quan trọng để đảm bảo phản ứng xảy ra theo thứ tự, giúp xác định chính xác lượng CO2 tạo ra và lượng kết tủa thu được. Nếu cho nhanh, có thể xảy ra các phản ứng đồng thời, gây khó khăn cho việc tính toán.
Bài toán này không chỉ kiểm tra kiến thức về phản ứng hóa học mà còn đòi hỏi khả năng phân tích và giải quyết vấn đề. Việc hiểu rõ bản chất của từng phản ứng và thứ tự xảy ra là chìa khóa để giải quyết bài toán một cách chính xác.
Hình ảnh minh họa cốc đựng dung dịch hóa chất trong phòng thí nghiệm. Việc sử dụng chính xác dụng cụ đo lường và tuân thủ quy trình thí nghiệm là rất quan trọng để đảm bảo kết quả thí nghiệm chính xác. Alt: Cốc hóa học đựng dung dịch trong phòng thí nghiệm, nhấn mạnh độ chính xác trong chuẩn bị và sử dụng hóa chất.
