Chào các em học sinh yêu quý của cô! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập hóa học rất thú vị về phản ứng giữa Canxi hiđrocacbonat và Kali hiđroxit. Các em hãy cùng mở sách giáo khoa trang 61 và theo dõi nhé.

Đây là một dạng bài tập về phản ứng của muối cacbonat axit với bazơ mạnh. Để làm được bài tập này, chúng ta cần nhớ lại kiến thức về tính chất hóa học của muối hiđrocacbonat và bazơ.

Bước 1: Xác định các chất tham gia phản ứng

Chúng ta có hai chất tham gia phản ứng là Canxi hiđrocacbonat có công thức hóa học là \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) và Kali hiđroxit có công thức hóa học là \( \text{KOH} \).

Bước 2: Dự đoán sản phẩm của phản ứng

Khi muối cacbonat axit \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) tác dụng với bazơ mạnh \( \text{KOH} \), phản ứng có thể xảy ra theo hai trường hợp, tùy thuộc vào tỉ lệ mol giữa các chất tham gia:

Trường hợp 1: KOH dư hoặc tỉ lệ mol \( \text{KOH} : \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \geq 2:1 \)
Trong trường hợp này, \( \text{HCO}_3^- \) sẽ phản ứng với \( \text{OH}^- \) để tạo ra ion cacbonat \( \text{CO}_3^{2-} \). Ion \( \text{CO}_3^{2-} \) này sau đó sẽ kết hợp với ion \( \text{Ca}^{2+} \) để tạo thành kết tủa Canxi cacbonat \( \text{CaCO}_3 \). Ngoài ra, phản ứng còn tạo ra nước.

Trường hợp 2: \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) dư hoặc tỉ lệ mol \( \text{KOH} : \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 < 2:1 \) Trong trường hợp này, \( \text{HCO}_3^- \) có thể phản ứng với \( \text{OH}^- \) tạo thành \( \text{CO}_3^{2-} \) và nước, hoặc \( \text{HCO}_3^- \) có thể phản ứng với \( \text{OH}^- \) tạo thành \( \text{CO}_3^{2-} \) và nước. Tuy nhiên, vì \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) dư, nên ion \( \text{Ca}^{2+} \) vẫn tồn tại trong dung dịch dưới dạng ion hòa tan \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \). Tuy nhiên, đề bài không cho tỉ lệ cụ thể, nên chúng ta sẽ xét trường hợp tổng quát và thông thường trong các bài tập sẽ mặc định là tỉ lệ xảy ra phản ứng hoàn toàn tạo ra sản phẩm không tan bền vững nhất. Do đó, cô sẽ hướng dẫn các em viết phương trình theo trường hợp 1, tạo ra kết tủa \( \text{CaCO}_3 \). Bước 3: Viết phương trình phân tử

Dựa vào dự đoán ở Bước 2, chúng ta có các chất tham gia là \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) và \( \text{KOH} \). Sản phẩm là \( \text{CaCO}_3 \), \( \text{K}_2\text{CO}_3 \) và \( \text{H}_2\text{O} \).

Phương trình phản ứng ban đầu:
\( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 + \text{KOH} \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} \)

Bây giờ, chúng ta cần cân bằng phương trình này.
Quan sát, chúng ta thấy nguyên tử Ca ở hai vế đã cân bằng (1).
Nguyên tử K ở vế trái là 1, ở vế phải là 2. Vậy ta thêm hệ số 2 trước \( \text{KOH} \).
\( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 + 2\text{KOH} \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} \)

Bây giờ đếm lại các nguyên tử:
Ca: 1 (vế trái) = 1 (vế phải) – Cân bằng.
H: 2 (trong \( \text{HCO}_3 \)) + 2 (trong \( \text{KOH} \)) = 4 (vế trái). Ở vế phải, có 2 trong \( \text{H}_2\text{O} \). Cần thêm hệ số 2 trước \( \text{H}_2\text{O} \).
\( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 + 2\text{KOH} \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{K}_2\text{CO}_3 + 2\text{H}_2\text{O} \)

Kiểm tra lại tất cả các nguyên tử:
Ca: 1 (vế trái) = 1 (vế phải) – Cân bằng.
H: 2 (trong \( \text{HCO}_3 \)) + 2 (trong \( \text{KOH} \)) = 4 (vế trái). 2 * 2 = 4 (trong \( 2\text{H}_2\text{O} \)) (vế phải) – Cân bằng.
C: 2 (vế trái) = 1 (trong \( \text{CaCO}_3 \)) + 1 (trong \( \text{K}_2\text{CO}_3 \)) = 2 (vế phải) – Cân bằng.
O: 2 3 (trong \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \)) + 2 1 (trong \( \text{KOH} \)) = 6 + 2 = 8 (vế trái). 3 (trong \( \text{CaCO}_3 \)) + 3 (trong \( \text{K}_2\text{CO}_3 \)) + 2 * 1 (trong \( 2\text{H}_2\text{O} \)) = 3 + 3 + 2 = 8 (vế phải) – Cân bằng.
K: 2 * 1 (trong \( \text{KOH} \)) = 2 (vế trái). 2 (trong \( \text{K}_2\text{CO}_3 \)) (vế phải) – Cân bằng.

Vậy, phương trình phân tử hoàn chỉnh là:
\( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 + 2\text{KOH} \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow + \text{K}_2\text{CO}_3 + 2\text{H}_2\text{O} \)

Bước 4: Viết phương trình ion đầy đủ

Để viết phương trình ion đầy đủ, chúng ta sẽ phân ly tất cả các chất điện li mạnh thành ion của nó. Các chất điện li mạnh bao gồm: bazơ mạnh (như \( \text{KOH} \)), muối tan (như \( \text{K}_2\text{CO}_3 \)). Các chất điện li yếu hoặc kết tủa thì giữ nguyên dạng phân tử (như \( \text{CaCO}_3 \), \( \text{H}_2\text{O} \)). \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) là một muối axit, trong dung dịch phân li ra ion \( \text{Ca}^{2+} \) và ion \( \text{HCO}_3^- \). Tuy nhiên, \( \text{HCO}_3^- \) có thể phân li yếu hơn nữa hoặc có thể coi là phân li một phần. Trong trường hợp này, khi tác dụng với bazơ mạnh, chúng ta sẽ phân ly \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) ra \( \text{Ca}^{2+} \) và 2 ion \( \text{HCO}_3^- \).

\( \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{HCO}_3^-\text{(aq)} + 2\text{K}^+\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3\text{(s)} + 2\text{K}^+\text{(aq)} + \text{CO}_3^{2-}\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \)

Bước 5: Viết phương trình ion thu gọn

Để viết phương trình ion thu gọn, chúng ta sẽ loại bỏ các ion giống nhau ở cả hai vế của phương trình ion đầy đủ. Các ion này được gọi là ion khán giả.

Trong phương trình ion đầy đủ, chúng ta thấy ion \( \text{K}^+ \) xuất hiện ở cả hai vế với số lượng bằng nhau. Vì vậy, chúng ta sẽ loại bỏ ion \( \text{K}^+ \).

\( \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{HCO}_3^-\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3\text{(s)} + \text{CO}_3^{2-}\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \)

Kiểm tra lại phương trình ion thu gọn. Các ion \( \text{Ca}^{2+} \), \( \text{HCO}_3^- \), \( \text{OH}^- \) không giống nhau. Sản phẩm \( \text{CaCO}_3 \), \( \text{CO}_3^{2-} \), \( \text{H}_2\text{O} \) cũng không có ion chung nào với chất phản ứng.

Tuy nhiên, chúng ta cần xem xét lại. Trong phản ứng này, ion \( \text{HCO}_3^- \) có thể phản ứng với \( \text{OH}^- \) tạo ra \( \text{CO}_3^{2-} \) và \( \text{H}_2\text{O} \).
Phương trình phản ứng của ion \( \text{HCO}_3^- \) với \( \text{OH}^- \):
\( \text{HCO}_3^- + \text{OH}^- \rightarrow \text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} \)

Và ion \( \text{Ca}^{2+} \) kết hợp với ion \( \text{CO}_3^{2-} \) tạo kết tủa \( \text{CaCO}_3 \):
\( \text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow \)

Ghép hai phản ứng này lại, chúng ta có thể hình dung quá trình tạo thành sản phẩm.

Quay lại phương trình ion đầy đủ:
\( \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{HCO}_3^-\text{(aq)} + 2\text{K}^+\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3\text{(s)} + 2\text{K}^+\text{(aq)} + \text{K}_2\text{CO}_3\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \)
À, ở đây có một sai sót nhỏ trong việc phân ly \( \text{K}_2\text{CO}_3 \). \( \text{K}_2\text{CO}_3 \) là một muối tan, nên nó phân li thành ion.
Phương trình ion đầy đủ chính xác là:
\( \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{HCO}_3^-\text{(aq)} + 2\text{K}^+\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3\text{(s)} + 2\text{K}^+\text{(aq)} + \text{CO}_3^{2-}\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \)
Như vậy, phương trình ion đầy đủ đã đúng. Bây giờ, loại bỏ ion khán giả \( \text{K}^+ \).

Phương trình ion thu gọn:
\( \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{HCO}_3^-\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3\text{(s)} + \text{CO}_3^{2-}\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \)

Có một cách suy luận khác để ra phương trình ion thu gọn, đó là xét các ion tham gia trực tiếp vào phản ứng hóa học.
Ion \( \text{Ca}^{2+} \) từ \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) sẽ kết hợp với ion \( \text{CO}_3^{2-} \) tạo thành kết tủa \( \text{CaCO}_3 \).
Ion \( \text{HCO}_3^- \) tác dụng với \( \text{OH}^- \) tạo thành \( \text{CO}_3^{2-} \) và \( \text{H}_2\text{O} \).
Vì tỉ lệ \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \) là 1 và \( \text{KOH} \) là 2, nghĩa là có đủ \( \text{OH}^- \) để trung hòa hết \( \text{HCO}_3^- \).
Do đó, hai ion \( \text{HCO}_3^- \) sẽ phản ứng với hai ion \( \text{OH}^- \).

Xét phản ứng của ion:
1. Phản ứng tạo kết tủa: \( \text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow \)
2. Phản ứng trung hòa hiđrocacbonat: \( \text{HCO}_3^- + \text{OH}^- \rightarrow \text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} \)

Vì có 1 \( \text{Ca}^{2+} \) và 2 \( \text{HCO}_3^- \), và cần 1 \( \text{CO}_3^{2-} \) để tạo kết tủa \( \text{CaCO}_3 \).
Do đó, 2 \( \text{HCO}_3^- \) sẽ phản ứng với 2 \( \text{OH}^- \) để tạo ra 2 \( \text{CO}_3^{2-} \) và 2 \( \text{H}_2\text{O} \).
Trong số 2 \( \text{CO}_3^{2-} \) được tạo ra, 1 ion sẽ kết hợp với \( \text{Ca}^{2+} \) để tạo thành \( \text{CaCO}_3 \), còn 1 ion \( \text{CO}_3^{2-} \) sẽ còn dư trong dung dịch.
Ghép lại:
\( \text{Ca}^{2+} \) (từ \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \)) + \( 2\text{HCO}_3^- \) (từ \( \text{Ca(HCO}_3\text{)}_2 \)) + \( 2\text{OH}^- \) (từ \( \text{KOH} \)) \( \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow \) + \( \text{CO}_3^{2-} \) (dư) + \( 2\text{H}_2\text{O} \)

Kết quả là chúng ta có phương trình ion thu gọn:
\( \text{Ca}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{HCO}_3^-\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_3\text{(s)} + \text{CO}_3^{2-}\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \)

Như vậy, chúng ta đã hoàn thành việc viết phương trình phân tử và phương trình ion thu gọn cho phản ứng. Các em thấy đó, chỉ cần nắm vững kiến thức về tính chất hóa học và cách viết phương trình ion, chúng ta có thể giải quyết các bài tập này một cách dễ dàng.

Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé! Hẹn gặp lại các em trong các buổi học tiếp theo.