Bài tập Các-bon các Oxit của Các-bon và hợp chất của Các-bon - Hóa lớp 11

Nếu các em có thể xem lại tính chất hóa học của cacbon và hợp chất của cacbon nếu chưa ghi nhớ kiến thức này. Ở bài viết dưới đây, chúng ta sẽ tập trung vào một số dạng bài tập vê cacbon, các oxit của cácbon và hợp chất của cácbon.

I. Bài tập về tính chất hóa học của cacbon

* Ví dụ 1: Cho các chất: O₂ (1),CO₂ (2), H₂ (3), Fe₂O₃ (4), SiO₂ (5), HCl (6), CaO (7), H₂SO_{4 (đặc)} (8), HNO₃ (9), H₂O (10), KMnO₄ (11). Cacbon phản ứng trực tiếp với những chất nào? Viết PTHH.

* Lời giải:

- Các chất mà cacbon có thể phản ứng là:

 O₂ ; CO₂ ; H₂ ; Fe₂O₃ ; SiO₂ ; HCl ; CaO ; H₂SO_{4 (đặc)} ; HNO_{3 (đặc)} ; H₂O;

- Các phương trình hóa học như sau:

 (1): C + O₂ → CO₂

 (2): C + CO₂ → 2CO

 (3): C + 2H₂  CH₄

 (4): Fe₂O₃ + 3C  2Fe + 3CO

 (5): 2C + SiO₂  Si + 2 CO

 (7): CaO + 3C → CaC₂ + CO (trong lò điện)

 (8): C + 2H₂SO_4 (đặc)  CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O

 (9): C + 4HNO_3 (đặc)  CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O

 (10): C + 2H₂O → CO₂ + 2H₂

* Ví dụ 2: Dẫn luồng khí CO qua hỗn hợp Al₂O₃, CuO, MgO, Fe₂O₃ (nóng) sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn nào?

 A. Al, Fe, Cu, Mg.

 B. Al₂O₃, Cu, MgO, Fe

 C. Al₂O₃, Cu, Mg, Fe

 D. MgO, Al₂O₃, CuO, Fe₂O₃

* Lời giải:

¤ Chọn đáp án: B

- Khí CO có thể khử được các oxit kim loại đứng sau Al trong dãy điện hóa, tạo thành kim loại và khí cacbonic.

- Như vậy trong các oxit trên, CO chỉ khử được CuO và Fe₂O₃ ; CO không khử được Al₂O₃ và MgO.

- Các phương trình phản ứng như sau:

 Fe₂O₃ + 3CO  2Fe + 3CO₂

 CuO + CO  Cu + CO₂

* Ví dụ 3: Khí CO₂ không cháy và không duy trì sự cháy nhiều chất nên được dùng để dập tắt các đám cháy. Tuy nhiên, CO₂ không dùng để dập tắt đám cháy nào dưới đây?

A. Đám cháy do xăng, dầu.

B. Đám cháy nhà cửa, quần áo.

C. Đám cháy do magie hoặc nhôm.

D. Đám cháy do khí ga.

* Lời giải:

¤ Đáp án: C. Đám cháy do magie hoặc nhôm.

- Lý do: Các kim loại có tính khử mạnh như: Mg, Al có thể cháy được trong khí CO₂

 CO₂ + Mg  MgO + C

* Ví dụ 4: Có 3 muối dạng bột NaHCO₃, Na₂CO₃ và CaCO₃. Chọn hoá chất thích hợp để nhận biết mỗi chất

A. Qùy tím

B. Phenolphtalein

C. Nước và HCl

D. Qùy tím và HCl

* Lời giải:

¤ Đáp án: C. Nước và HCl

- Hoá chất thích hợp để nhận biết mỗi chất là Nước và HCl. 

	NaHCO3	Na2CO3	CaCO3
Nước	Tan	Tan	Không tan
Nhỏ từ từ HCl	Có khí thoát ra ngay	Khí thoát ra sau một thời gian

II. Bài tập CO₂ tác dụng với dung dịch kiềm

* Phương pháp giải:

- Các phương trình hóa học có thể có:

 CO₂ + OH^- → HCO₃^-

 CO₂ + 2OH^- → CO₃^2- + H₂O

 Đặt  , ta có:

Giá trị của T	Chất thu được sau phản ứng
T < 1	Muối hidro cacbonat và CO2 dư
T = 1	Muối hidro cacbonat (HCO3-)
T = 2	Muối cacbonat (CO32-)
T > 2	Muối cacbonat và dung dịch kiềm dư
1 < T < 2	Muối hidro cacbonat và muối cacbonat

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

* Ví dụ 1: Cho 7,84 lít khí CO₂ (đktc) tác dụng với 250 ml dung dịch KOH 2M sau phản ứng, cô cạn dung dịch thu được tổng khối lượng sản phẩm rắn là bao nhiêu?

* Lời giải:

- Bài cho: V_CO2 = 7,84(l) ở (đktc) ⇒ n_CO2 = V/22,4 = 7,84/22,4 = 0,35(mol). 

- V_KOH = 250(ml) = 0,25(l) ⇒ n_KOH = C_M.V = 2.0,25 = 0,5(mol)

- Lập tỉ lệ: T = n_OH^- / n_CO2 = 0,5/0,35 = 10/7 suy ra: 1 < T < 2.

→ Tạo 2 muối kali cacbonat K₂CO₃ và kali hidro cacbonat KHCO₃

- Tuy nhiên khi cô cạn dung dịch thì muối KHCO₃ bị nhiệt phân thành K₂CO₃

 KHCO₃  K₂CO₃ + H₂O + CO₂

- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố K, ta được:

 n_K2CO3 = 0,25(mol) ⇒ m = n.M = 0,25.138 = 34,5(g).

* Ví dụ 2: Cho 5,6 lít CO₂ (đktc) hấp thụ hoàn toàn trong dung dịch chứa 0,18 mol Ca(OH)₂. Tính khối lượng kết tủa thu được?

* Lời giải:

- Theo bài ra, V_CO2 = 5,6(l) ở (đktc) ⇒ n_CO2 = V/22,4 = 5,6/22,4 = 0,25(mol)

- Lại có: n_Ca(OH)2 = 0,18 (mol) ⇒ n_OH^- = 2n_Ca(OH)2 = 2.0,18 = 0,36 (mol).

- Lập tỉ lệ: T = n_OH^- /n_CO2 = 0,36/0,25 = 1,44, ta thấy 1<T<2 nên sau phản ứng thu được 2 muối

  CO₂  +  Ca(OH)₂  →  CaCO₃↓ + H₂O    (1)

  x(mol)     x                x(mol)

  2CO₂  +  Ca(OH)₂ →  Ca(HCO₃)₂  +  H₂O   (2)

  y(mol)     y/2             y/2(mol)

- Theo phương trình phản ứng, ta có:

 n_CO2 = x + y = 0,25    (*)

 n_Ca(OH)2 = x + y/2 = 0,18   (**)

- Giải hệ (*) và (**) ta được: x = 0,11; y = 0,14

- Theo PTPƯ (1) thì: n_CaCO3 = n_CO2 = x = 0,11 mol

⇒ Khối lượng kết tủa CaCO₃ thu được là: m = n.M = 0,11.100 - 11(g).

> Lưu ý: Với bài toán này có thể sự dụng công thức tính nhanh:

 n_CO3^2- = n_OH^- - n_CO2 := 0,36 – 0,25 = 0,11 (mol)

⇒ Khối lượng kết tủa CaCO₃ thu được là: m = n.M = 0,11.100 - 11(g).

* Ví dụ 3: Sục 4,48l khí CO₂ (đktc) vào 500ml dd NaOH 0,1M và Ba(OH)₂ 0,2M. Tính m kết tủa thu được?

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có:

 n_CO2 = 4,48/22,4 = 0,2(mol); n_NaOH = 0,5.0,1 = 0,05(mol);

 n_Ba(OH)2 = 0,5.0,2 = 0,1(mol) ⇒  n_Ba²⁺ = 0,1(mol).

⇒ n_OH^- = n_NaOH + 2n_Ba(OH)2 = 0,05 + 2.0,1 = 0,25(mol);

- Ta có T = n_OH^-/n_CO2 = 0,25/0,2 = 5/4; ta thấy 1<T<2 nên tạo 2 muối.

 CO₂   +   2OH^-  → CO₃^2- + H₂O

 x(mol)    2x(mol)  x mol

 CO₂   +  OH^- →  HCO₃^-

 y(mol)    y           y

- Từ PTPƯ ta có hệ:

 x + y = 0,2  (*)

 2x + y = 0,25  (**)

- Giải hệ từ (*) và (**) ta được: x = 0,05 và y = 0,15.

⇒ n_CO3^2- = 0,05mol

  Ba²⁺ +  CO₃^2- → BaCO₃↓

  0,05      0,05

⇒ Khối lượng kết của thu được là: m_BaCO3↓ = 0,05.197 = 9,85(g)

* Ví dụ 4: 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.

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: 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^- = n_NaOH + 2n_Ca(OH)2 = 0,08 + 0,04.2 = 0,16 (mol).

- Xét tỉ lệ: T= n_OH^-/n_CO2 = 0,16/0,06 = 8/3 > 2 nên chỉ tạo ra muối CO₃^2-

- 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_CaCO3↓ = n.M = 0,04.100 = 4 (g).

* Ví dụ 5: Sục 3,36 lít khí CO₂ (đktc) vào 300ml dd Ca(OH)₂ 0,2M và NaOH 0,3 M thu được m (g) kết tủa và dd Y. Cô cạn dd Y thu được m'( g) chất rắn khan. Tìm m và m'?

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: n_CO2 = 3,36/22,4 = 0,15 mol,  n_NaOH = 0,3.0,3 = 0,09(mol);

 n_Ca(OH)2 = 0,3.0,2 = 0,06(mol) ⇒ n_Ca²⁺ = 0,06 mol

⇒ n_OH^- = n_NaOH + 2n_Ca(OH)2 = 0,09 + 2.0,06 = 0,21(mol);

- Xét tỉ lệ:  T= n_OH^-/n_CO2 = 0,21/0,15 = 7/5, thấy 1<T<2 nên tạo hai muối.

 CO₂  +  2OH^- → CO₃^2- + H₂O

 x(mol)   2x        x(mol)

 CO₂   +  OH^- →  HCO₃^-

 y(mol)    y         y(mol)

- Theo PTPƯ ta có:

 x + y = n_CO2 = 0,15(mol)   (*)

 2x + y = n_OH^- = 0,21(mol)   (**)

- Giải hệ từ (*) và (**) ta được: x = 0,06 và y = 0,09

  Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃↓

 0,06     0,06      0,06(mol) 

⇒ Khối lượng CaCO₃ kết tủa thu được là: m_CaCO3↓ = 0,06.100 = 6(g).

⇒ Chất rắn thu được là NaHCO₃ ⇒ m'_crắn = 0,09.84 = 7,56(g).

* Ví dụ 6: 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?

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: n_Ca(OH)2 = 0,5.0,5 = 0,25; n_CaCO3 = 10/100 = 0,1 (mol).

 ⇒ n_OH^- = 2.n_Ca(OH)2 = 2.0,25 =0,5 (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^-

- Từ công thức tính nhanh: n_CO3^2- = n_OH^- - n_CO2 

 ⇒ n_CO2 = n_OH^- - n_CO3^2- = 0,5 – 0,1 = 0,4 ⇒ V = 8,96 lit

⇒ Vậy giá trị của V là 2,24 lít hoặc 8,96 lít

* Ví dụ 7: Cho 11,2 lít CO₂ (đktc) hấp thụ hết trong dung dịch chứa a mol Ca(OH)₂ và 0,2 mol NaOH. Xác định giá trị của a để sau phản ứng thu được 10 gam kết tủa.

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: n_CO2 = 0,5 (mol);  n_CaCO3 = 0,1 (mol).

¤ TH1: thu được 1 muối CO₃^2-

 ⇒ n_Ca2+ = n_CaCO3 = 0,1 mol ⇒ a = 0,1

- Kiểm tra lại:

 n_OH- = 2.n_Ca(OH)2 + n_NaOH = 2.0,1 + 0,2 = 0,4 mol

 Mà thu được muối CO₃^2- thì n_OH^- ≥ 2.n_CO2 ⇔ 0,4 ≥ 2.0,5 (vô lí)

⇒ Loại trường hợp này.

¤ TH2: thu được 2 muối HCO₃^- và CO₃^2-

- Sử dụng công thức tính nhanh:

 n_CO3^2- = n_OH^- - n_CO2 = 2a + 0,2 – 0,5 = 0,1 ⇒ a = 0,2 (mol).

III. Khử Oxit kim loại bằng C và CO

* Phương pháp giải:

- Phương trình phản ứng khử tổng quát:

 M₂O_n + nCO  2M + nCO₂↑

- Sử dụng định luật bảo toàn nguyên tố C để giải toán kết hợp với định luật bảo toàn khối lượng.

 m_{oxit KL} + m_CO = m_KL + m_CO2

 → n_O(Oxit) = n_CO = n_CO2 và m_oxitKL = m_KL + m_O

> Chú ý: Đốt cháy Cacbon bởi oxi: Có 2 trường hợp

 +) Nếu thừa oxi: C + O₂ → Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm CO₂ và O₂ (dư).

 +) Nếu thiếu oxi: C + O₂ → Hỗn hợp khí sau phản ứng gồm CO₂ và CO dư.

* Ví dụ 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)

* Lời giải:

- Áp dụng ĐLBT khối lượng: n_CO2 = n_CO = x (mol).

 m_Oxit + m_CO = m_C.rắn + m_CO2

 16 + 28x = 11,2 + 44x ⇒ x=0,3

 ⇒ V_CO = 0,3.22,4 = 6,72 (lít).

* Ví dụ 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.

* Lời giải:

- Phương trình phản ứng:

 4CO + Fe₃O₄ → 3Fe  + 4CO₂↑ 

 CO + CuO → Cu + CO₂↑

 CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O

- Theo bài ra, và PTPƯ ta có:

 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 + m_CO = m_KL + m_CO2

⇒ m_Oxit = 2,32 + 0,05.44 – 0,05.28 = 3,12 (g).

IV. Bài tập muối Cacbonat tác dụng với dung dịch axit

* Phương pháp giải:

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

 CO₃^2- + H⁺ → HCO₃^-

 HCO₃^- + H⁺ → CO₂ ↑ + H₂O

- Khi cho từ từ dung dịch muối cacbonat ( hoặc hỗn hợp muối cacbonat và hiđrocacbonat) vào dung dịch axit thì phản ứng xảy ra đồng thời như sau:

 CO₃^2- + 2H⁺ → CO₂ ↑ + H₂O

 HCO₃^- + H⁺ → CO₂ ↑ + H₂O

- Khi cho muối hidrocacbonat tác dụng với dung dịch bazo sẽ tạo ra muối cacbonat

 HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

- Các muối cacbonat (trừ kim loại kiềm) và hidrocacbonat có phản ứng nhiệt phân.

* Ví dụ 1: Hòa tan hoàn toàn 20,6 gam hỗn hợp gồm Na₂CO₃ và CaCO₃ bằng dung dịch HCl dư, thu được V lít khí CO₂ (đktc) và dung dịch chứa 22,8 gam hỗn hợp muối. Tính giá trị của V?

* Lời giải:

- Gọi x, y lần lượt là số mol của natri cacbonat và canxi cacbonat.

- Theo bài ra ta có: m_hh = m_Na2CO3 + m_CaCO3 = 106x + 100y = 20,6  (1)

- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na, ta có:

 n_NaCl = 2n_Na2CO3 = 2x (mol)

- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Ca, ta có:

 n_CaCl2 = n_CaCO3 = y (mol)

- Nên có: m_muối = m_NaCl + m_CaCl2 = 58,5.2x + 111y = 22,8 (2)

- Ta giải hệ từ (1) và (2) được: x = 0,1 và y = 0,1

- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố C, ta có:

 n_CO2 = n_Na2CO3 + n_CaCO3 = 0,1 + 0,1 = 0,2 (mol).

⇒ Thể tích khí CO₂ thu được là: V = 0,2.22,4 = 4,48 (lít).

* Ví dụ 2: Cho 115,3 gam hỗn hợp 2 muối MgCO₃ và RCO₃ vào dung dịch H₂SO₄ loãng, thu được 4,48 lít khí CO₂ (đktc), chất rắn X và dung dịch Y chứa 12 gam muối. Nung X đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn Z và 11,2 lít khí CO₂ (đktc). Tính khối lượng của Z.

 

* Lời giải:

- Theo bài ra, ta có: n_CO2 = 4,48/22,4 = 0,2(mol).

- Phương trình phản ứng:

 CO₃^2- + 2H⁺ →  CO₂ + H₂O

- Ta có n_H2SO4 = n_CO2 = n_H2O = 0,2 (mol).

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

 m_{muối (ban đầu)}  + m_H2SO4 = m_{muối (mới)} + m_CO2 + m_X + m_H2O

⇒ 115,3 + 0,2.98 = 12 + m_X + 0,2.44 + 0,2.18

⇒ m_X = 110,5 g

- Lại có: X → Z + 0,5 mol CO₂

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

 m_Z = m_X – m_CO2 = 110,5 – 0,5.44 = 88,5(g).

V. Bài tập nhiệt phân muối cacbonat

- Hầu hết các muối cacbonat đều không tan (trừ muối của Na, K và NH₄)

- Các muối hidrocacbonat đều tan

* Ví dụ 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.

* Lời giải:

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

- Như vậy, theo bài ra, ta có: 79x + 84y + 162z = 48,8  (*)

- Các phương trình hóa học:

 NH₄HCO₃ → NH₃ + CO₂ ↑ + H₂O

 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O

   y                y/2

 Ca(HCO₃)₂ → CaO + 2CO₂↑+ H₂O

 z (mol)            z

⇒ Chất rắn X gồm: Na₂CO₃, CaO, theo bài ra thu được 16,2 (g) nên có:

 

- Phương trình phản ứng khi X tác dụng với HCl:

 Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

   y/2                                   y

 CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O

- Theo bài ra, khi X tác dụng HCl thu được 2,24 lít khí chính là CO₂,  nên có

 n_CO2 = 2,24/22,4 = 0,1(mol) ⇒ n_NaHCO3 = y = 0,1(mol). (***)

- Từ (*), (**) và (***) ta có : y = 0,1; x = 0,1115 và z = 0,1946

- Khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp A là:

 m_NH4HCO3 = 0,1115.79 = 8,8 (g).

 m_NaHCO3 = 0,1.84 = 8,4 (g).

 m_Ca(HCO3)2 = 0,1946.162 = 31,525 (g).

* Ví dụ 2: Nung 100 gam hỗn hợp gồm Na₂CO₃ và NaHCO₃ cho đến khi khối lượng hỗn hợp không đổi được 69 gam chất rắn. Phần trăm khối lượng của mỗi chất tương ứng trong hỗn hợp ban đầu là bao nhiêu?

* Lời giải:

- Chỉ có NaHCO₃ bị phân hủy. Đặt x là số mol NaHCO₃

 2NaHCO₃  Na₂CO₃ + CO₂^­↑ + H₂O        (1)

  x                 0,5x

- Theo PTPƯ và theo giả thiết ta có:

 84x – 106.0,5x = 100 – 69 ⇒ x = 1(mol)

⇒ m_NaHCO3 = 1.84 = 84(g) ⇒ m_Na2CO3 = 100 - 84 = 16(g)

⇒ Vậy NaHCO₃ chiếm 84% và Na₂CO₃ chiếm 16%.