Nhiệt phân muối carbonate và hydrocarbonate Có đáp án

Chuyên đề Khoa học tự nhiên 9: Nhiệt phân muối carbonate và hydrocarbonate được VnDoc sưu tầm và giới thiệu tới các bạn học sinh tham khảo. Tài liệu bao gồm Lý thuyết và phương pháp giải nhiệt phân muối hydrocarbonate và muối carbonate; bên cạnh đó là các bài tập vận dụng có đáp án giúp các em nắm vững các dạng bài tập liên quan tới Nhiệt phân muối carbonate và hydrocarbonate. 

I. Lý thuyết và phương pháp giải nhiệt phân muối hydrocarbonate và muối carbonate

1. Nhiệt phân muối hydrocarbonate (HCO₃-)

Nhận xét: Tất cả các muối hydrocarbonate đều kém bền nhiệt và bị phân huỷ khi đun nóng.

Phản ứng:

2M(HCO₃)_n → M₂(CO₃)_n + nCO₂ + nH₂O

Ví dụ: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

2. Nhiệt phân muối carbonate (CO₃^2-)

Nhận xét: Các muối carbonatek hông tan (trừ muối amoni) đều bị phân huỷ bởi nhiệt.

Phản ứng:

M₂(CO₃)_n → M₂O_n + CO₂

VD: CaCO₃ → CaO + CO₂

• Lưu ý:

Các phản ứng nhiệt phân muối carbonate và hydrocarbonate đều không thuộc phản ứng oxi hoá - khử.

Phản ứng nhiệt phân muối FeCO₃ trong không khí có phản ứng:

FeCO₃ → FeO + CO₂

4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃

Mở rộng thêm:

Các dạng bài tập về muối carbonate

Khi cho từ từ dung dịch axit vào dung dịch muối cacbonat ( hoặc hỗn hợp muối carbonate và hydrocarbonate) thì phản ứng xảy ra theo thứ tự sau:

CO₃^2- + H⁺ → HCO₃-

HCO₃- + H⁺ → CO₂ ↑ + H₂O

Khi cho từ từ dung dịch muối carbonate ( hoặc hỗn hợp muối carbonate và hydrocarbonate) vào dung dịch acid thì phản ứng xảy ra đồng thời như sau:

CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂ ↑ + H₂O

HCO₃- + H+ → CO₂ ↑ + H₂O

Khi cho muối hydrocarbonate tác dụng với dung dịch base sẽ tạo ra muối carbonate

HCO₃- + OH- → CO₃^2- + H₂O

Các muối carbonate (trừ kim loại kiềm) và hydrocarbonatecó phản ứng nhiệt phân.

II. Bài tập ví dụ minh họa

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình phản ứng tổng quát

MCO₃ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\)  MO + CO₂

n_Ba(OH)2 = 0,95.0,5 = 0,475 mol

Khi sục CO₂ vào Ba(OH)₂ kết tủa thu được là BaCO₃

n_BaCO3 = 34,475/197 = 0,175 mol

n_BaCO3 = 0,175 < n_Ba(OH)2

TH1 chỉ tạo thành muối carbonate → n_CO2 = n_BaCO3 = 0,175 mol

→ n_MCO3 = 0,175 mol → M_MCO3 = 65,1/0,175 = 372

→ không có kim loại nào phù hợp

TH₂ tạo thành hai muối BaCO₃: 0,175 mol và Ba(HCO₃)₂: y mol

Bảo toàn nguyên tố Ba: 0,175 + y = 0,475 → y =0,3

n_CO2 = n_BaCO3 + 2n_Ba(HCO3)2 = 0,175 + 2.0,3 = 0,775 mol

n_MCO3 = n_CO2 = 0,775mol → M_MCO3 = 65,1/0,775 = 84 → M = 24 → M: Mg

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

4FeCO₃ + O₂ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\) 2Fe₂O₃ + 4CO₂

x………………→ 0,5x ……. x

BaCO₃ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\) BaO + CO₂

y …………..→.. y……y

n_CO2 = x + y

Chất rắn Y gồm: Fe₂O₃ và BaO

Y + H₂O dư: Chất rắn không tan là Fe₂O₃

→ 160.0,5x = 8 → x = 0,1 mol → n_CO2 = 0,1 + y

BaO + H₂O → Ba(OH)₂

y.…………..→……..y

Dung dịch Z là dung dịch Ba(OH)₂

Ba(OH)₂ + CO₂ → BaCO₃ + H₂O

y……. →…… y…… y

→ Số mol CO₂ dư để hòa tan kết tủa BaCO₃ là: (0,1+y) – y =0,1 mol

CO₂ + BaCO₃ + H₂O → Ba(HCO₃)₂

0,1…→…..0,1…………………..0,1

n_BaCO3 = y - 0,1 = 9,85/197 = 0,05 mol → y = 0,15 mol

m_FeCO3 = 0,1.116 = 11,6g

m_BaCO3 = 0,15.197 = 29,77g

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi x, y lần lượt là số mol của  FeCO₃ và Fe(NO₃)₂

Phương trình phản ứng

4Fe(NO₃)₂ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\) 2Fe₂O₃ + 8NO₂ + O₂

x     →       0,5x    →      2x      →    0,25x

4FeCO₃ + O₂ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\) 2Fe₂O₃ + 4CO₂

y    →  0,25y  →0,5y      →    y

Vì thu được hỗn hợp chứa 2 khí hiếm nên O₂ phản ứng vừa hết với FeCO₃

=> 0,25y = 0,25x => x = y

=> % theo khối lượng của FeCO₃ trong hỗn hợp là

\(\%m_{FeCO3} = \frac{116.100\%}{116 + 180} = 39,19\%\)

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi x, y lần lượt là số mol của FeCO₃ và BaCO₃

Phương trình phản ứng

4FeCO₃ + O₂ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\) 2Fe₂O₃ + 4CO₂

x →                       0,5x  →       x

BaCO₃ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\) BaO + CO₂

y → y   →        y

Tổng số mol CO₂ = x + y

Chất rắn Y gồm: Fe₂O₃ và BaO

Y + H₂O dư: Chất rắn không tan là Fe₂O₃

=>160.0,5x = 8 =>x = 0,1 mol

BaO + H₂O → Ba(OH)₂

y → y

Dung dịch Z là dung dịch Ba(OH)₂

Phương trình phản ứng

Ba(OH)₂ + CO₂ → BaCO₃ + H₂O

y →            y      →         y

CO₂ + BaCO₃ + H₂O → Ba(HCO₃)₂

0,1 →           0,1 mol

=>n_BaCO3 = y - 0,1 = 0,05

=>y = 0,15 mol

=>m_FeCO3 = 0,1.116 = 11,6 gam

m_BaCO3 = 197.0,15 = 29,55 gam

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

Ta có

n_Ca(OH)2 = 0,03 mol

n_KOH = 0,3 mol.

n_CaCO3 = 0,03 mol ⇒ toàn bộ Ca(OH)₂ kết tủa hết.

Nhiệt phân hoàn toàn a gam MgCO₃

MgCO₃ → MgO + CO₂ (1)

Dẫn CO₂ vào dung dịch base

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O (2)

0,03 →  0,03 → 0,03

KOH + CO₂ → KHCO₃ (3)

2KOH + CO₂ → K₂CO₃ + H₂O (4)

Từ phương trình (3), (4) và (5) → 0,03 ≤ n_CO2 = n_MgCO3 ≤ 0,03 + 0,3

→ 0,7437 lít ≤ V ≤ 8,1807 lít

→ 0,03.84 ≤ a ≤ 0,33.84

→ 2,53 gam ≤ a ≤ 27,72 gam

III.  Bài tập tự luyện có đáp án

Bài 1: Nhiệt phân hoàn toàn một hỗn hợp 17,4g M₂CO₃ và CaCO₃. Đến khi phản ứng kết thúc thu được 8,6g chất rắn và V lít khí CO₂ (đktc). Xác định V và kim loại M.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Vì p/ư hoàn toàn nên khối lượng hỗn hợp giảm chính là khối lượng CO₂ thoát ra.

m_CO2 = 17,4 - 8,6 = 8,8g => n_CO2 = 0,2 mol => V_CO2 = 4,958 lít.

Gọi a, b lần lượt là số mol M₂CO₃ và CaCO₃. Có:

(1) a.(2M + 60) + 100b = 17,4

(2) a + b = 0,2 (bảo toàn nguyên tố C)

Từ (2) => b = 0,2 - a. Thay vào (1) được:

2aM + 60a + 100.(0,2-a) = 17,4

=> a = 1,3/(20 - M)

Mà a < 0,2 => 1,3/(20-M) < 0,2 => 20 - M > 6,5 => M < 13,5 ⇒ M là lithium.

Bài 2: Nung CaCO₃ thu được V₁ l khí. Sục khí vào 200ml dung dịch Ba(OH)₂ 0.5M được 3,94g kết tủa. Tính khối lượng muối ban đầu.

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

n_BaCO3 = 3,94:197 = 0,02mol

n_Ba(OH)2 = 0,5.0,2 = 0,1 mol

CaCO₃ \(\overset{t^{\circ } }{\rightarrow}\) CaO + CO₂ (1)

Sục khí CO₂ vào Ba(OH)₂, theo bài ra có thể xảy ra các trường hợp sau:

TH1: CO₂ thiếu, Ba(OH)₂ dư.

⇒ n_CO2 = n_BaCO3= 0,02 mol

⇒ n_CaCO3 = n_CO2 = 0,02 mol

⇒ m = 0,02.100 = 2g

TH2: Cả 2 cùng hết , tạo 2 muối.

Ba(OH)₂ + CO₂ → BaCO₃ + H₂O (1)

0,02 ← 0,02 ← 0,02 mol

Ba(OH)₂ + 2CO₂ → Ba(HCO₃)₂ (2)

(0,1 – 0,02) → 0,08.2 mol

Từ (1) ⇒ n_CO2 = 0,02 + 0,08 = 0,18 mol ⇒ n_CO2 = 0,02 + 0,08 = 0,18 mol = n_CaCO3

m_CaCO3 = 18 gam

Bài 3: Nung 14,2 gam hỗn hợp 2 muối carbonate của 2 kim loại hóa trị 2 được 7,6 gam chất rắn và khí X. Dẫn toàn bộ lượng khí X vào 100 ml dung dịch KOH 1M thì khối lượng muối thu được sau phản ứng là:

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

m_CO2 = m_muoi−m_ran  = 14,2 - 7,6 = 6,6 g

⇒ n_CO2 = 6,6/44 = 0,15mol

n_KOH : n_CO2 = 0,1:0,15 < 1

Vậy chỉ tạo muối KHCO₃

⇒ m_KHCO3 = n_KOH = 0,1 mol

⇒ m_KHCO3 = 0,1.100 = 10 g

Bài 4: Nhiệt phân hoàn toàn 15g muối carbonate của 1 kim loại hóa trị II. Dẫn hết khí sinh ra vào 200g dung dịch NaOH 4% vừa đủ thì thu được dung dịch mới có nồng độ các chất tan là 6,63%. Xác định công thức muối đem nhiệt phân?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi công thức phân tử của muối carbonate là RCO₃

n_NaOH = 0,2 mol

TH1 chất tan là 2 muối nên ta đặt Na₂CO₃ có số mol là x

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

2x ← x ← x

NaOH + CO₂ → NaHCO₃

(0,2 - 2x) → (0,2 - 2x) → (0,2 - 2x)

n_CO2 = 0,2 - x => m_CO2 = (0,2 - x).44

Sau phản ứng: m_dd = 200 + (0,2 - x).44

m _{chất tan} = m_Na2CO3 + m_NaHCO3 = 106.x + 84.(0,2 - 2x)

Theo giả thiết: nồng độ các chất tan là 6,63%

=> \(\frac{106.x+84.(0,2-2x)}{200+44.(0,2-x)}=\frac{6,63}{100}\Rightarrow x=0,05\)

⇒ n_CO2 = n_Na2CO3 + n_NaHCO3 = 0,05 + 0,2−2.0,05 = 0,15mol

Bảo toàn nguyên tố C: n_RCO3 = n_CO2 = 0,15mol

=> M_RCO3 = 15 / 0,15 = 100

=> R = 40

Công thức muối carbonate là CaCO₃

TH2: NaOH dư

Số mol NaOH dư = 2x

2NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

0,2 - 2x ← 0,1 - x ←0,1 - x

Sau phản ứng: m_dd = 200 + (0,1 - x).44

m _{chất tan} = m_Na2CO3 + m_NaOH = 106.(0,1-x ) + 40.2.x

Theo gỉa thiết: nồng độ các chất tan là 6,63%

=> \(\frac{106.(0,1-x)+80.(x)}{200+44.(0,1-x)}=\frac{6,63100}{100}\Rightarrow x=0,128\)

=> x = 0,128 > 0,1 (loại)

Bài 5: Khi nung 30 gam hỗn hợp CaCO₃ và MgCO₃ thì khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng chỉ bằng một nửa khối lượng ban đầu. Tính thành phần % theo khối lượng các chất ban đầu?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Gọi x, y lần lượt là số mol của CaCO₃ và MgCO₃

Theo đề bài ta có: 100x + 84y = 30 (1)

Phương trình hóa học

CaCO₃ → CaO + CO₂

x → x mol

MgCO₃ → MgO + CO₂

y → y mol

Ta có theo đề bài khối lượng chất rắn thu được sau phản ứng chỉ bằng một nửa khối lượng ban đầu.

m_CaO + m_MgO = 1/2.30 = 15 gam

→ 56x + 40y = 15 (2)

Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: x = 15/176; y = 45/176

%m_CaCO3 = (15/176.100)/30.100% = 28,4%

%m_MgCO3 = 100% − 28,4% = 71,6%.

Bài 6. Cho 4,41 gam hỗn hợp 3 muối: K₂CO₃, Na₂CO₃ và BaCO₃ tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl. Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được 4,74 gam muối khan. Thể tích khí CO₂ sinh ra là:

Hướng dẫn trả lời câu hỏi

K₂CO₃ + 2HCl → 2KCl + CO₂ + H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ + H₂O

BaCO₃ + 2HCl → BaCl₂ + CO₂ + H₂O

=> PTTQ: R₂(CO₃)_n + 2n HCl → 2RCl_n + nCO₂ + nH₂O

n →2n →n

Ta thấy chênh lệch khối lượng hai muối là

m_Cl⁻ - m_{CO3 ^2-} = 2.n.35,5 − n.60

Với n là số mol của muối ban đầu

Áp dụng công thức tính nhanh:

n_CO2 = (m_RCln − m_R2(CO3)n):11= (4,74 − 4,41): 11= 0,03 mol

=> V = 0,03.24,79 = 0,7437 lít

IV. Bài tập vận dụng liên quan 

Câu 1. Nung m gam hỗn hợp X gồm FeCO₃, Fe(NO₃)₂ trong bình chân không đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được chất rắn là Fe₂O₃ và 11,1555 lít (đkc) hỗn hợp chỉgồm hai khí. Nếu cho 1/2 hỗn hợp X trên tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng dư thì thu được tối đa bao nhiêu lít khí (đkc, sản phẩm khửduy nhất là NO)?

Câu 2. Nung m gam hỗn hợp E gồm hai muối cacbonat trung tính của 2 kim loại X và Y đều có hóa trị II. Sau một thời gian thu được 3,7185 lít CO₂ đkc và còn lại hỗn hợp rắn Z. Cho Z tác dụng hết với dung dịch HCl dư rồi cho khí thoát ra hấp thụ hết bởi dung dịch Ca(OH)₂ dư thu được 15 gam kết tủa, phần dung dịch đem cô cạn thu được 32,5 gam hỗn hợp muối khan. Giá trị của m là:

Câu 3. Nung a gam đá vôi chứa 80% CaCO₃ về khối lượng (phần còn lại là tạp chất trơ) một thời gian thu được chất rắn chứa 45,65% CaO. Hiệu suất phân huỷ CaCO₃ là bao nhiêu

Để xem chi tiết nội dung câu hỏi, lời giải mời các bạn ấn vào link TẢI VỀ

.............................