Hoá học 11 Bài 16: Hợp chất của cacbon

a. Tính chất vật lý

- Là chất khí không màu, không mùi, không vị

- Hơi nhẹ hơn không khí, ít tan trong nước

- Hóa lỏng ở -191,5⁰C, hóa rắn ở -205,5⁰C, rất bền với nhiệt

- CO là khí rất độc

b. Tính chất hóa học

CO là oxít không  tạo muối (oxít trung tính)

Ở t^o thường, không tác dụng với H₂O, axít, kiềm.

Tính khử

CO cháy trong oxi hoặc không khí: 2CO + O₂ → 2CO₂

Tác dụng với nhiều oxít  kim loại (đứng sau Al)

3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ + 2Fe

c. Điều chế           

Trong Phòng thí nghiệm

HCOOH  → CO + H₂O (đk: H₂SO₄ đặc)

Trong công nghiệp

C + H₂O   CO + H₂ (khí than ướt)

CO₂ + C  →  2CO (khí than khô)

a. Tính chất vật lý

- Chất khí, không màu, nặng gấp 1,5 lần không khí

- Tan không nhiều trong nước

- Ở trạng thái rắn, CO₂ tạo thành một khối trắng gọi là "nước đá khô". Nước đá khô không nóng chảy mà thăng hoa, dùng để tạo môi trường lạnh, không có hơi ẩm.

b. Tính chất hóa học

CO₂ là khí không duy trì sự sống và sự cháy.

CO₂ là oxít axít

- Tan trong nước tạo H₂CO₃.

CO_2(k) + H₂O_(l) → H₂CO₃ (dd).

- Tác dụng với dung dịch bazơ:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + H₂O (Nhận biết CO₂)

2CO₂ + Ca(OH)₂ → Ca(HCO₃)₂

c. Điều chế

Trong Phòng thí nghiệm

CaCO₃ +2HCl → CaCl₂+CO₂+ H₂O.

Trong Công nghiệp

CaCO₃ → CaO + CO₂

a. Axít cacbonic

- H₂CO₃ là axít 2 nấc rất yếu, kém bền phân huỷ thành CO₂ và H₂O.

H₂CO3  ⇔ H⁺ + HCO₃^-  

HCO₃^- ⇔ H⁺ + CO₃^2- 

- Tác dụng với dd kiềm → muối

+ Trung hoà: Na₂CO₃, CaCO₃…

+ Axít: NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂…

b. Muối cacbonat

Tính chất

- Tính tan

+ Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni và đa số các muối hidrocacbonat đều tan trong nước

+ Muối cacbonat của kim loại khác không tan trong nước

- Tác dụng với axít (Nhận biết muối cacbonat)

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ + H₂O

HCO₃^- + H⁺ →CO₂ + H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl → NaCl+CO₂ + H₂O

CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂ + H₂O

Video 1: Phản ứng giữa NaHCO₃ và dung dịch HCl

- Tác dụng với dung dịch kiềm

Muối hidrocacbonat tác dụng với dd kiềm.

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

- Phản ứng nhiệt phân

Muối cacbonat tan: Không bị nhiệt phân.

Muối cacbonat ko tan → oxít kim loại + CO₂.

VD: Mg CO_3(r) → MgO_(r) + CO_2(k)

Muối hidrocacbonat → CO₃^2- + CO₂ + H₂O.

VD: 2 NaHCO_3(r) → Na₂CO_3(r) + CO₂ + H₂O

Video 2: Thí nghiệm nhiệt phân muối Natri hidrocacbonat

c. Ứng dụng

CaCO₃ là chất bột màu trắng, nhẹ, được dùng làm chất độn trong một số ngành công nghiệp.

a. Bài toán thuận

Cho chất tham gia hỏi sản phẩm.

- Các PTHH của các phản ứng xảy ra

CO₂ + OH^- → HCO₃^-

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

Đặt T = n_OH^- / n_CO2 :

+ Nếu T ≤ 1 → tạo muối duy nhất HCO₃^-

+ Nếu 1 < T < 2 → tạo hỗn hợp hai muối HCO₃^- và CO₃^2-

+ Nếu T ≥ 2 → tạo muối duy nhất CO₃^2-

- Xác định sản phẩm nào được tạo thành bằng các tính giá trị T.

- Nếu tạo thành hỗn hợp hai muối thường ta giải bằng cách lập hệ PT hoặc sử dụng bảo toàn nguyên tố.

Lưu ý: Có những bài toán không thể tính T. Khi đó phải dựa vào những dữ kiện phụ để tìm ra khả năng tạo muối.

- Hấp thụ CO₂ vào NaOH dư (KOH dư) chỉ tạo muối trung hòa Na₂CO₃ (K₂CO₃)

- Hấp thụ CO₂ vào NaOH chỉ tạo muối Na₂CO₃, Sau đó thêm BaCl₂ vào thấy kết tủa. Thêm tiếp Ba(OH)₂ dư vào thấy xuất hiện thêm kết tủa nữa →Tạo cả 2 muối Na₂CO₃ và NaHCO₃

- Chất hấp thụ vào bình NaOH tăng: m bình tăng = m dd tăng = m chất hấp thụ (CO₂ + H₂O có thể có )

Hoặc với TH tác dụng với Ca(OH)₂ , Ba(OH)₂:

- Hấp thụ CO₂ vào nước vôi dư thì chỉ tạo muối CaCO₃

- Hấp thụ CO₂ vào nước vôi trong thấy có kết tủa, thêm NaOH dư vào thấy có kết tủa nữa suy ra có sự tạo cả CaCO₃ và Ca(HCO₃)₂

- Hấp thụ CO₂ vào nước vôi trong thấy có kết tủa, lọc bỏ kết tủa rồi đun nóng nước lọc lại thấy kết tủa nữa suy ra có sự tạo cả CaCO₃ và Ca(HCO₃)₂.

- Sự tăng giảm khối lượng dung dịch: Khi cho sản phẩm cháy vào bình Ca(OH)₂ hay Ba(OH)₂

m bình tăng = m hấp thụ

m dd tăng = m hấp thụ - m kết tủa

m dd giảm = m kết tủa – m hấp thụ

Bài 1: Sục 4,48l khí CO₂ (đktc) vào 500ml dd NaOH 0,1M và Ba(OH)₂ 0,2M. Tính m kết tủa thu được?

Hướng dẫn giải

n_CO2 = 0,2 mol, n_OH^- = 0,25 mol, n_Ba²⁺ = 0,1 mol

CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

0,125    0,25 → 0,125

 CO₂ + CO₃^2- + H₂O → 2HCO₃^-

0,075    →0,075         →     1,5

nCO₃^2- = 0,05mol

Ba²⁺ + CO₃^2- → BaCO₃

0,05         0,05

⇒ m↓ = 0,05 . 197 = 9,85g

Bài 2: Cho 1,344 lít khí CO₂ (đktc) hấp thụ hết vào 2 lít dung dịch X chứa NaOH 0,04M và Ca(OH)₂ 0,02M thu được m gam kết tủa. Xác định giá trị của m.

Hướng dẫn giải

n_CO2 = 1,344/22,4 = 0,06 mol;

n_NaOH = 0,04.2 = 0,08 mol; n_Ca(OH)2 = 0,02.2 = 0,04 mol ; n_OH^- = 0,08 + 0,04.2 = 0,16 mol

T= n_OH^-/n_CO2 = 0,16/0,06 = 8/3 ⇒ tạo ra muối CO^2-

Phương trình phản ứng:

CO₂ + OH^- → CO₃^2-

0,06                 0,06 mol

CO₃^2- + Ca²⁺ → CaCO₃↓

0,04        0,04        0,04 mol

Khối lượng kết tủa thu được: m = 0,04.100 = 4 gam

b. Bài toán nghịch

Cho x mol CO₂ tác dụng với a mol OH^- tạo thành b kết tủa ( b mol muối trung hòa). Tìm giá trị x biết a, b.

Hướng dẫn giải

Với bài toán này thì chúng ta chú ý đến giá trị a, b.

- Nếu a = 2b thì bài toán rất đơn giản x = b

- Nếu a > 2b thì bài toán có thể có 2 đáp số vì xảy ra 2 trường hợp

+ Trường hợp 1: OH^- dư, tức là chỉ xảy ra phản ứng (2) Vậy x= b

+ Trường hợp 2: Xảy ra cả 2 phản ứng (1), (2): Vậy x= a – b

Bài 1: 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?

Hướng dẫn giải

Dd sau phản ứng ↓ ⇒ có Ca(HCO₃)₂ taọ thành

BTNT Ca 0,1 = 0,06 + n_Ca(HCO3)₂ ⇒ n_Ca(HCO3)₂ = 0,04 mol

n_CO2 = n_CaCO3 + 2. n_Ca(HCO3)₂ = 0,14 mol

V_CO2 = 3,136 l

Bài 2: Cho V lít CO₂ ( đktc) tác dụng 500ml dung dịch Ca(OH)₂ 0,5M tạo thành 10 gam kết tủa . Tính giá trị của V?

Hướng dẫn giải

n_OH^- = 0,25 mol

n_CaCO3 = 0,1 mol

TH1: n_CO2 = n↓ = 0,1 mol

Thể tích CO₂ tham gia phản ứng là: V = 0,1.22,4 = 2,24 lít

TH2: n_CaCO3 < n_Ca(OH)2 ⇒ tạo thành 2 muối của CO₃^2- và HCO₃^-

n_CO2 = 0,25 – 0,1 = 0,15 ⇒ V = 3,36 lit

Vậy giá trị của V là 2,24 lít hoặc 3,36 lít

Bài 1: Khử 16g hỗn hợp các oxit kim loại: FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, CuO, PbO bằng khí CO ở nhiệt độ cao, khối lượng chất rắn thu được là 11,2 g. Tính thể tích khi CO đã tham gia phản ứng (đktc)

Hướng dẫn giải

Áp dụng ĐLBT khối lượng

n_CO2 = n_CO = x mol

m_oxit + m_CO = m_CR + m_CO2

16 + 28x = 11,2 + 44x ⇒ x=0,3

⇒ V_CO = 6,72 lit

Bài 2: Dẫn một luồng khí CO dư qua ống sứ đựng Fe₃O₄ và CuO nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn thu được 2,32 gam hỗn hợp kim loại. Khí thoát ra khỏi bình được dẫn qua dung dịch nước vôi trong dư thu được 5 gam kết tủa. Tính tổng khối lượng 2 oxit trong hỗn hợp đầu.

Hướng dẫn giải

Phương trình phản ứng:

4CO + Fe₃O₄ → 4CO₂↑ + 3Fe

CO + CuO → CO₂↑ + Cu

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

n_CO2 = n_CaCO3 = 5/100 = 0,05 mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguên tố C ta có: n_CO = n_CO2 = 0,05 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: m_{oxit kl} + m_CO = m_kl + m_CO2

⇒ m_{oxit kl} = 2,32 + 0,05.44 – 0,05,28 = 3,12 gam

Bài 1: Có hỗn hợp A gồm 3 muối NH₄HCO₃, NaHCO₃ và Ca(HCO₃)₂. Khi nung 48,8 gam hỗn hợp đó đến khối lượng không đổi thu được 16,2 chất rắn X. Cho X tác dụng với dung dịch axít HCl thu được 2,24 lít (đktc) khí. Xác định khối lượng của mỗi muối trong hỗn hợp A.

Hướng dẫn giải

Gọi số mol của NH₄HCO₃, NaHCO₃ và Ca(HCO₃)₂ lần lượt là x, y, z mol

Ta có : 79x + 84y + 162z = 48,8 (1)

Phương trình hóa học:

NH₄HCO₃ → NH₃ + CO₂ ↑ + H₂O

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ ↑ + H₂O

y………………..y/2

Ca(HCO₃)₂ → CaO + 2CO₂ ↑+ H₂O

z……………..z

Chất rắn Y gồm: Na₂CO₃, CaO ⇒ 106y/2 + 56z = 16,2 (2)

Chất rắn Y tác dụng với HCl:

Phương trình phản ứng:

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

y…………………………….y

CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O

Ta có : y = 0,1 mol (3)

Từ 1, 2, 3 ta có : x = 0,11; y = 0,1 và z = 0,19

Khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp A là:

m_NH4HCO₃ = 0,11.79 = 8,69 gam

m_NaHCO3 = 0,1.162 = 16,2 gam

m_CaO = 0,19.56 = 10,64 gam

Bài 2: Dung dịch X chứa hỗn hợp gồm Na₂CO₃ 1,5M và KHCO₃ 1M. Nhỏ từ từ từng giọt cho đến hết 200 ml dung dịch HCl 1M vào 100 ml dung dịch X, sinh ra V lít khí (ở đktc). Tính giá trị của V?

Hướng dẫn giải

n_HCl = 0,2.1 = 0,2 mol; n_Na2CO₃ = 1,5.0,1 = 0,15 mol; n_KHCO3 = 1.0,1 = 0,1 mol

Phương trình hóa học:

CO₃^2- + H⁺ → HCO₃^-

HCO₃^- + H⁺ → CO₂ + H₂O

Vậy thể tích khí CO₂ thoát ra là: V = 0,05.22,4 = 0,112 lít

Câu 1: Thổi V lít khí CO₂ (đktc) vào 100ml dd Ca(OH)₂ thu được 6g kết tủa. Lọc kết tủa đun nóng dd lại thấy có 4 gam kết tủa nữa. Giá trị của V là?

Câu 2: Cho luồng khí CO (dư) đi qua 56 gam hỗn hợp X gồm CuO và MgO nung nóng đến khi phản ứng hoàn toàn, thu được 49,6 gam chất rắn. Khối lượng CuO có trong hỗn hợp X là?

Câu 3: Khử hoàn toàn một oxit sắt X ở nhiệt độ cao cần vừa đủ V lít khí CO (ở đktc), sau phản ứng thu được 33,6 gam Fe và 17,92 lít khí CO₂ (đktc). Công thức của X và giá trị V lần lượt là?

Câu 4: Hấp thụ hoàn toàn 27,552 lít (đktc) CO₂ vào m gam dd Ba(OH)₂ 34,2%, phản ứng hoàn toàn thu được 175,33 gam kết tủa. Giá trị m là?

Câu 5: Nhiệt phân hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm (MgCO₃, BaCO₃, CaCO₃, CuCO₃), sau phản ứng thu được 100 gam hỗn hợp các oxit và V lít CO₂ (đktc). Sục toàn bộ V lít CO₂ (đktc) vào nước vôi trong dư thu được 89 gam kết tủa. Giá trị của m là?

Câu 1: Trong các phản ứng hoá học sau, phản ứng nào sai?

A. 3CO + Fe₂O₃ −^tº→ 3CO₂↑ + 2Fe

B. CO + Cl₂ → COCl₂

C. 3CO + Al₂O₃ −^tº→ 2Al + 3CO₂↑

D. 2CO + O₂ −^tº→ 2CO₂↑

Câu 2: Nhóm gồm các khí đều cháy được (pứ với oxi) là:

A. CO, CO₂.        

B. CO, H₂.        

C. O₂, CO₂.        

D. Cl₂, CO.

Câu 3: Sục khí CO₂ vào dd nước vôi trong, hiện tượng xảy ra:

A. Có kết tủa ngay, lượng kết tủa tăng dần qua một cực đại rồi sau đó tan trở lại hết.

B. Một lúc mới có kết tủa, lượng kết tủa tăng dần qua một cực đại rồi lại giảm.

C. Có kết tủa ngay, nhưng kết tủa tan trở lại ngay sau khi xuất hiện.

D. Có kết tủa ngay, lượng kết tủa tăng dần đến một giá trị không đổi.

Câu 4: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít CO₂ (đktc) vào dung dịch nước vôi trong có chứa 0,25 mol Ca(OH)₂. Sản phẩm muối thu được sau phản ứng gồm?

A. Chỉ có CaCO₃

B. Chỉ có Ca(HCO₃)₂

C. Cả CaCO₃ và Ca(HCO₃)₂

D. Không có cả 2 chất CaCO₃ và Ca(HCO₃)₂

Câu 5: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít (đkc) CO₂ vào 100ml dung dịch gồm K₂CO₃ 0,2M và KOH x mol/lít. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn được dung dịch Y. Cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch BaCl₂ dư được 11,82 gam kết tủa. Giá trị x là

A. 1,0        

B. 1,4        

C. 1,2        

D. 1,6

Sau bài học cần nắm:

• Tính chất vật lí của CO và CO₂
• Tính chất vật lí, tính chất hóa học của muối cacbonat (nhiệt phân, tác dụng với axit).
• Cách nhận biết muối cacbonat bằng phương pháp hoá học.