Bài toán Hấp Thụ Hoàn Toàn 2,24 Lít Co2 (đktc) vào dung dịch kiềm là một dạng bài tập quan trọng trong chương trình hóa học phổ thông, đặc biệt là phần vô cơ liên quan đến Cacbon và các hợp chất của nó. Dưới đây là phân tích chi tiết bài toán, cùng với các ví dụ mở rộng và lưu ý quan trọng để giúp bạn nắm vững kiến thức.
Bài toán gốc:
Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít CO2 (đktc) vào 100 ml dung dịch gồm K2CO3 0,2M và KOH x mol/lít, 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 1,82 gam kết tủa. Gía trị của x là bao nhiêu?
Lời giải chi tiết:
-
Tính số mol các chất:
- nCO2 = 2,24 lít / 22,4 lít/mol = 0,1 mol
- nK2CO3 = 0,1 lít * 0,2 mol/lít = 0,02 mol
- nKOH = 0,1 lít * x mol/lít = 0,1x mol
- nBaCO3 = 1,82 gam / 197 gam/mol = 0,00924 mol (chú ý làm tròn số liệu để phù hợp với các đáp án trắc nghiệm)
-
Xác định phản ứng xảy ra:
CO2 tác dụng với dung dịch chứa K2CO3 và KOH có thể xảy ra các phản ứng sau:
- CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O
- CO2 + KOH → KHCO3
- CO2 + K2CO3 + H2O → 2KHCO3
-
Phân tích và biện luận:
Vì dung dịch Y tác dụng với BaCl2 tạo kết tủa BaCO3, nên trong dung dịch Y còn K2CO3 hoặc KHCO3 chuyển hóa thành K2CO3 rồi phản ứng với BaCl2.
-
Tính toán:
-
Gọi số mol CO2 phản ứng tạo K2CO3 là a, số mol CO2 phản ứng tạo KHCO3 là b. Ta có hệ phương trình:
- a + b = 0,1 (tổng số mol CO2)
- nK2CO3 (tổng) = a + 0,02. K2CO3 tác dụng với BaCl2 tạo 0.00924 mol BaCO3 => nK2CO3 (tổng) = 0.00924 mol => a = 0.00924 – 0.02 (vô lý).
-
Vậy phải có KOH dư sau phản ứng với CO2. Ta có các phương trình sau:
- CO2 + 2KOH -> K2CO3 + H2O
0.00924—-0.01848—–0.00924 - CO2 + K2CO3 + H2O -> 2KHCO3
(0.1-0.00924)—(0.02+0.00924)
- CO2 + 2KOH -> K2CO3 + H2O
-
Tổng số mol KOH ban đầu là : 0.1x = 0.01848 + 2*(0.1-0.00924)
=> x = 1.82 mol/lit
-
Các dạng bài tập mở rộng và nâng cao:
- Thay đổi thành phần dung dịch kiềm: Thay vì K2CO3 và KOH, có thể sử dụng NaOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2 hoặc hỗn hợp các chất này.
- Thay đổi lượng CO2: Tăng hoặc giảm lượng CO2 để xét các trường hợp phản ứng khác nhau.
- Yêu cầu tính khối lượng kết tủa: Thay vì cho số mol kết tủa, yêu cầu học sinh tính toán dựa trên các dữ kiện khác.
- Bài toán ngược: Cho biết lượng kết tủa và yêu cầu xác định nồng độ hoặc thể tích dung dịch kiềm ban đầu.
- Bài toán sục CO2 vào hỗn hợp dung dịch kiềm: Sục từ từ CO2 vào hỗn hợp chứa nhiều chất tan và yêu cầu xác định thứ tự phản ứng, lượng kết tủa tạo thành.
Ảnh minh họa quá trình hấp thụ CO2 vào dung dịch kiềm và tạo thành kết tủa carbonate, một phần quan trọng trong bài toán hóa học về CO2.
Lưu ý quan trọng khi giải bài tập:
- Xác định rõ các phản ứng có thể xảy ra: Viết đầy đủ các phương trình phản ứng để tránh bỏ sót trường hợp.
- Lập bảng số mol: Ghi rõ số mol các chất trước và sau phản ứng để dễ dàng theo dõi và tính toán.
- Biện luận chặt chẽ: Dựa vào dữ kiện bài toán để biện luận xem phản ứng nào xảy ra trước, phản ứng nào xảy ra sau.
- Kiểm tra lại kết quả: Sau khi tính toán, kiểm tra lại kết quả để đảm bảo phù hợp với các dữ kiện bài toán và các định luật bảo toàn.
- Nắm vững kiến thức về CO2 và các hợp chất: Hiểu rõ tính chất hóa học của CO2, các phản ứng đặc trưng của CO2 với dung dịch kiềm.
Biểu đồ minh họa mối quan hệ giữa lượng CO2 hấp thụ và lượng kết tủa tạo thành trong dung dịch Ca(OH)2, giúp hình dung rõ hơn về diễn biến phản ứng.
Việc luyện tập giải nhiều bài tập khác nhau, từ cơ bản đến nâng cao, sẽ giúp bạn rèn luyện kỹ năng giải toán hóa học và nắm vững kiến thức về CO2 và các hợp chất. Chúc bạn thành công!
