Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập rất quen thuộc trong chương trình Hóa học lớp 10. Đây là dạng bài toán về phản ứng của axit mạnh với dung dịch chứa muối cacbonat và hidrocacbonat. Thầy sẽ hướng dẫn các em giải bài này một cách chi tiết và dễ hiểu nhất.

Chúng ta hãy cùng nhau phân tích và giải quyết bài toán theo từng bước nhé.

Bước 1: Phân tích dữ kiện và tính số mol các chất ban đầu

Trước hết, chúng ta cần xác định số mol của mỗi muối có trong 500ml dung dịch.

Ta có thể tích dung dịch là \(V_{dd} = 500 \text{ml} = 0.5 \text{ lít}\).

Áp dụng công thức tính số mol: \(n = C_M \times V\), ta có:

– Số mol của Natri hidrocacbonat (\(NaHCO_3\)):

\(n_{NaHCO_3} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\) (mol)

– Số mol của Natri cacbonat (\(Na_2CO_3\)):

\(n_{Na_2CO_3} = 0.1 \times 0.5 = 0.05\) (mol)

Một dữ kiện rất quan trọng của bài toán là dung dịch \(H_2SO_4\) được dùng dư. Điều này có nghĩa là cả hai muối \(NaHCO_3\) và \(Na_2CO_3\) sẽ phản ứng hoàn toàn.

Bước 2: Viết các phương trình hóa học xảy ra

Khi cho dung dịch \(H_2SO_4\) vào dung dịch chứa hai muối trên, sẽ xảy ra đồng thời các phản ứng sau:

Phản ứng của axit sunfuric với natri cacbonat:
\[Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2 \uparrow\]
Phản ứng của axit sunfuric với natri hidrocacbonat:
\[2NaHCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O + 2CO_2 \uparrow\]

Bước 3: Tính tổng số mol khí \(CO_2\) sinh ra

Vì \(H_2SO_4\) dư nên toàn bộ lượng muối ban đầu đều chuyển hết thành sản phẩm. Chúng ta sẽ tính lượng \(CO_2\) sinh ra từ mỗi phản ứng dựa trên số mol muối.

– Từ phương trình phản ứng với \(Na_2CO_3\):

Theo phương trình: Cứ 1 mol \(Na_2CO_3\) phản ứng tạo ra 1 mol \(CO_2\).

Vậy, với \(0.05\) mol \(Na_2CO_3\), số mol \(CO_2\) tạo thành là:

\(n_{CO_2 (từ Na_2CO_3)} = n_{Na_2CO_3} = 0.05\) (mol)

– Từ phương trình phản ứng với \(NaHCO_3\):

Theo phương trình: Cứ 2 mol \(NaHCO_3\) phản ứng tạo ra 2 mol \(CO_2\). Tỷ lệ là 1:1.

Vậy, với \(0.05\) mol \(NaHCO_3\), số mol \(CO_2\) tạo thành là:

\(n_{CO_2 (từ NaHCO_3)} = n_{NaHCO_3} = 0.05\) (mol)

– Tổng số mol \(CO_2\) thu được là tổng lượng \(CO_2\) sinh ra từ hai phản ứng trên:

\(n_{CO_2 (tổng)} = n_{CO_2 (từ Na_2CO_3)} + n_{CO_2 (từ NaHCO_3)}\)

\(n_{CO_2 (tổng)} = 0.05 + 0.05 = 0.1\) (mol)

Mẹo giải nhanh (Bảo toàn nguyên tố Cacbon): Các em có thể thấy rằng toàn bộ nguyên tố Cacbon trong \(NaHCO_3\) và \(Na_2CO_3\) đều chuyển hết vào \(CO_2\).

Tổng số mol nguyên tử C ban đầu = \(n_{NaHCO_3} + n_{Na_2CO_3} = 0.05 + 0.05 = 0.1\) mol.

Theo bảo toàn nguyên tố C, ta có: \(n_{CO_2} = n_{C (ban đầu)} = 0.1\) mol. Cách này rất nhanh và chính xác!

Bước 4: Tính thể tích khí \(CO_2\) thu được

Bài toán yêu cầu tính thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc: 0 độ C, 1 atm). Ở điều kiện này, 1 mol khí bất kỳ chiếm thể tích là 22.4 lít.

Áp dụng công thức: \(V = n \times 22.4\)

Ta có:

\(V_{CO_2} = 0.1 \times 22.4 = 2.24\) (lít)

Kết luận:

Vậy, khi cho dung dịch \(H_2SO_4\) loãng dư vào 500ml dung dịch hỗn hợp đã cho, ta thu được 2.24 lít khí \(CO_2\) ở điều kiện tiêu chuẩn.

Chúc các em học tốt! Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi thầy nhé.