hấp thụ hoàn toàn 4,48l CO2 (đktc) vào 400ml dung dịch NaOH thì thu được 17,9g m…
Bước 1: Tính số mol của CO2
Đề bài cho chúng ta thể tích khí CO2 là 4,48 lít ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).
Ở điều kiện tiêu chuẩn, 1 mol khí chiếm thể tích 22,4 lít.
Vậy, số mol CO2 sẽ được tính theo công thức:
n(CO2) = V(CO2) / 22,4
Thay số vào, ta có:
n(CO2) = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol
Bước 2: Xác định các phản ứng có thể xảy ra
Khi cho khí CO2 tác dụng với dung dịch NaOH, có hai trường hợp phản ứng có thể xảy ra, tùy thuộc vào tỉ lệ mol giữa CO2 và NaOH:
Trường hợp 1: Chỉ tạo ra muối Natri cacbonat (Na2CO3). Phản ứng này xảy ra khi tỉ lệ mol của NaOH so với CO2 lớn hơn hoặc bằng 2.
CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O
Trường hợp 2: Tạo ra hai muối Natri hidrocacbonat (NaHCO3) và Natri cacbonat (Na2CO3). Phản ứng này xảy ra khi tỉ lệ mol của NaOH so với CO2 nhỏ hơn 2 nhưng vẫn đủ để phản ứng.
CO2 + NaOH -> NaHCO3
CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O
Bước 3: Tính khối lượng mol của các muối có thể tạo thành
Đề bài cho biết khối lượng muối thu được là 17,9 gam. Chúng ta cần tính khối lượng mol của các muối có thể có để xem xét.
Khối lượng mol của Natri cacbonat (Na2CO3):
M(Na2CO3) = 2 M(Na) + M(C) + 3 M(O)
M(Na2CO3) = 2 23 + 12 + 3 16 = 46 + 12 + 48 = 106 g/mol
Khối lượng mol của Natri hidrocacbonat (NaHCO3):
M(NaHCO3) = M(Na) + M(H) + M(C) + 3 * M(O)
M(NaHCO3) = 23 + 1 + 12 + 3 * 16 = 23 + 1 + 12 + 48 = 84 g/mol
Bước 4: Xét các trường hợp và lập hệ phương trình
Chúng ta có tổng khối lượng muối là 17,9 gam và số mol CO2 là 0,2 mol.
Gọi số mol NaOH phản ứng là a mol.
Khả năng 1: Chỉ tạo ra Na2CO3.
Nếu chỉ tạo ra Na2CO3, thì theo phương trình: CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O
Từ phương trình, ta thấy n(Na2CO3) = n(CO2) = 0,2 mol.
Khối lượng Na2CO3 thu được sẽ là:
m(Na2CO3) = n(Na2CO3) M(Na2CO3) = 0,2 106 = 21,2 gam.
Khối lượng này lớn hơn khối lượng muối đề bài cho (17,9 gam), nên trường hợp này không xảy ra.
Khả năng 2: Tạo ra cả NaHCO3 và Na2CO3.
Điều này có nghĩa là NaOH đã phản ứng hết và CO2 còn dư hoặc phản ứng vừa đủ. Tuy nhiên, với khối lượng muối thu được nhỏ hơn khối lượng muối Natri cacbonat thu được nếu chỉ tạo ra Na2CO3, điều này cho thấy có thể có cả hai muối.
Trong trường hợp này, chúng ta có thể có hai phương trình phản ứng xảy ra lần lượt hoặc đồng thời:
Phản ứng tạo Natri cacbonat trước: CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O
Phản ứng tạo Natri hidrocacbonat (nếu CO2 còn dư và NaOH đã phản ứng hết với một phần CO2 tạo Na2CO3): CO2 + NaOH -> NaHCO3
Tuy nhiên, để giải bài toán một cách hệ thống và chặt chẽ hơn, chúng ta sẽ giả sử cả hai muối Na2CO3 và NaHCO3 đều được tạo thành.
Đặt:
Số mol Na2CO3 là x mol
Số mol NaHCO3 là y mol
Tổng khối lượng muối thu được là:
m(muối) = m(Na2CO3) + m(NaHCO3) = 17,9 gam
Hay: 106x + 84y = 17,9 (1)
Bây giờ chúng ta cần liên hệ số mol của hai muối này với số mol CO2 và NaOH đã phản ứng.
Số mol CO2 đã phản ứng: n(CO2) = x + y (vì mỗi phân tử CO2 tạo ra 1 phân tử Na2CO3 hoặc 1 phân tử NaHCO3 trong tổ hợp hai phản ứng)
Hay: x + y = 0,2 mol (2)
Chúng ta có một hệ hai phương trình với hai ẩn x và y:
(1) 106x + 84y = 17,9
(2) x + y = 0,2
Giải hệ phương trình này:
Từ phương trình (2), ta có: y = 0,2 – x
Thế y vào phương trình (1):
106x + 84(0,2 – x) = 17,9
106x + 16,8 – 84x = 17,9
22x = 17,9 – 16,8
22x = 1,1
x = 1,1 / 22 = 0,05 mol
Tìm y:
y = 0,2 – x = 0,2 – 0,05 = 0,15 mol
Vậy, ta có:
Số mol Na2CO3 = 0,05 mol
Số mol NaHCO3 = 0,15 mol
Bây giờ, chúng ta cần tính số mol NaOH đã dùng.
Để tạo ra 0,05 mol Na2CO3, cần 0,05 * 2 = 0,1 mol NaOH (theo phản ứng CO2 + 2NaOH -> Na2CO3 + H2O).
Để tạo ra 0,15 mol NaHCO3, cần 0,15 * 1 = 0,15 mol NaOH (theo phản ứng CO2 + NaOH -> NaHCO3).
Tổng số mol NaOH đã phản ứng là:
n(NaOH) = 2 n(Na2CO3) + 1 n(NaHCO3)
n(NaOH) = 2 * x + y
n(NaOH) = 2 * 0,05 + 0,15 = 0,1 + 0,15 = 0,25 mol
Bước 5: Tính nồng độ mol của dung dịch NaOH
Đề bài cho thể tích dung dịch NaOH là 400 ml. Chúng ta cần đổi ra lít.
V(NaOH) = 400 ml = 0,4 lít
Nồng độ mol (CM) của dung dịch được tính theo công thức:
CM = n / V
Thay số vào, ta có:
CM(NaOH) = n(NaOH) / V(NaOH)
CM(NaOH) = 0,25 / 0,4
CM(NaOH) = 0,625 M
Kết luận:
Vậy, nồng độ của dung dịch NaOH đã dùng là 0,625 M.
Các em thấy đấy, bài toán này đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ các trường hợp phản ứng có thể xảy ra và sử dụng hệ phương trình để giải. Chúc các em ôn tập tốt!
\(n_{CO_2} = {4,48}/{22,4} = 0,2(mol)\)
Khi phản ứng chỉ tạo muối trung hoà:
\(n_{Na_2CO_3} = {19,7}/{106} = 0,17(mol)\)
Chỉ tạo muối axit
\(n_{NaHCO_3} = {19,7}/{84} = 0,23(mol)\)
\(0,17 < 0,2 < 0,23\)
\(→\) Tạo hau muối: \(Na_2CO_3(x); NaHCO_3(y)\)
\(106x + 84y = 17,9(g)(1)\)
Bảo toàn \(C\):
\(x + y = 0,2(mol)(2)\)
\((1)(2) →x = 0, 05 (mol); y = 0,15(mol)\)
\(n_{NaOH} = 2x + y = 0,25(mol)\)
\(C_{M_{NaOH}} = {0,25}/{0,4} = 0,625(M)\)