Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O là một phản ứng nhiệt phân và nằm trong nội dung bài học nước cứng, bài viết được biên soạn bao gồm chi tiết các chất tham gia phản ứng, phương trình hóa học đã cân bằng và một số lý thuyết liên quan, mời các bạn đón xem:
1. Các chất trong phản ứng:
1.1. Canxi hiđrocacbonat (Ca(HCO3)2):
– Định nghĩa: Canxi hiđrocacbonat là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là Ca(HCO3)2. Hợp chất này không tồn tại dưới dạng chất rắn, mà nó chỉ tồn tại trong dung dịch nước có chứa các ion, với hai ion Ca2+ và HCO3–.
– Để nhận biết Canxi hiđrocacbonat: sử dụng dung dịch axit HCl, thấy thoát ra khí không màu, không mùi
Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O + 2CO2
– Điều chế Canxi hiđrocacbonat: Sục CO2 đến dư vào dung dịch Ca(OH)2
2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2
– Tính chất hóa học:
Tác dụng với axit mạnh: Ca(HCO3)2 + H2SO4 → CaSO4 + 2H2O + 2CO2
Tác dụng với dung dịch bazơ: Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Ca(HCO3)2 + 2NaOH → CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O
Bị phân hủy bởi nhiệt độ: Ca(HCO3)2 –to→ CaCO3 + H2O + CO2
1.2. Canxi cacbonat (CaCO3)
– Định nghĩa: Canxi cacbonat là một hợp chất hóa học với công thức hóa học là CaCO3. Chất này thường được tìm thấy dưới dạng đá ở khắp nơi trên thế giới, là thành phần chính trong mai/vỏ của các loài sò, ốc hoặc vỏ của ốc. Nó là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng nước cứng. Canxi cacbonat là chất rắn màu trắng, không tan trong nước.
– Để nhận biết: sử dụng dung dịch axit HCl, thấy thoát ra khí không màu, không mùi
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
– Điều chế Canxi cacbanat: Đa số cacbonat canxi được sử dụng trong công nghiệp là được khai thác từ đá mỏ hoặc đá núi. Cacbonat canxi tinh khiết (ví dụ loại dùng làm thuốc hoặc dược phẩm), được điều chế từ nguồn đá mỏ (thường là cẩm thạch) hoặc nó có thể được tạo ra bằng cách cho khí cacbonic qua dung dịch canxi hidroxit: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
– Tính chất hóa học: Canxi cacbonat mang đầy đủ tính chất hóa học của muối:
Tác dụng với axit mạnh: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
Kém bền với nhiệt: CaCO3 –to→ CaO + CO2
CaCO3 tan dần trong nước có hòa tan khí CO2.
CaCO3 + CO2 + H2O ⇆ Ca(HCO3)2
Khi đung nóng: Ca(HCO3)2 –to→ CaCO3↓ + CO2 + H2O
2. Điều kiện phản ứng:
Điều kiện phán ứng: Nhiệt độ
3. Phản ứng nhiệt phân và phương pháp giải bài tập nhiệt phân:
3.1. Phản ứng nhiệt phân:
Phản ứng nhiệt phân là phản ứng phân hủy các hợp chất hóa học dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Chất tham gia phản ứng nhiệt phân thường là các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ như axit, bazơ, muối, thủy tinh, polime, chất béo,…
Bản chất của phản ứng này là sự phân cắt các liên kết kém bền trong phân tử hợp chất vô cơ hay hữu cơ bởi nhiệt độ. Trong quá trình thực hiện phản ứng nhiệt phân, chất sẽ được đưa vào môi trường có một nhiệt độ cụ thể. Nhiệt độ sẽ làm các liên kết trong phân tử chất bị đứt gãy khiến chất bị phân hủy thành các chất khác.
Các chất khí hoặc hơi có thể được giải phóng trong phản ứng nhiệt phân tạo thành khói hoặc hơi nước mà chúng ta có thể quan sát được. Các chất mới tạo thành còn lại có thể là các chất lỏng hoặc chất rắn tùy thuộc vào tính chất của chất tham gia phản ứng.
Phản ứng nhiệt phân được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như luyện kim, sản xuất thép, đồ gốm sứ hay xử lý chất thải. Phản ứng này cũng được dùng để sản xuất các sản phẩm hữu cơ như nhựa và sợi nhân tạo.
Quá trình nhiệt phân cũng có thể gây ảnh hưởng không tốt đến môi trường do khí thải và chất thải sinh ra. Bởi vậy, quá trình nhiệt phân thường được thiết kế để đạt hiệu quả tối đa mà hạn chế tác động tới môi trường.
Ví dụ về phản ứng nhiệt phân:
CaCO3 → CaO + CO2 (môi trường nhiệt độ cao)
Lưu ý:
– Phản ứng nhiệt phân có thể thuộc phản ứng oxi hóa – khử hoặc không
– Phản ứng điện phân nóng chảy không thuộc phản ứng nhiệt phân ví nó phân hủy dưới tác dụng của dòng điện một chiều.
3.2. Phương pháp giải bài tập nhiệt phân muối Hidrocacbanat và muối Cacbonat:
Nhiệt phân muối hiđrocacbonat (HCO3-)
Nhận xét: Tất cả các muối hiđrocacbonat 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
Nhiệt phân muối cacbonat (CO32-)
Nhận xét: Các muối cacbonat không tan (trừ muối amoni) đều bị phân huỷ bởi nhiệt.
Phản ứng:
M2(CO3)n → M2On + CO2
VD: CaCO3 → CaO + CO2
Lưu ý:
Các phản ứng nhiệt phân muối cacbonat và hiđrocacbonat đều không thuộc phản ứng oxi hoá – khử.
Phản ứng nhiệt phân muối FeCO3trong không khí có phản ứng:
FeCO3 → FeO + CO2
4FeO + O2→ 2Fe2O3
4. Một số bài tập ứng dụng liên quan:
Câu 1. Nhiệt phân hoàn toàn 81 gam Ca(HCO3)2 thu được V lít khí CO2 (đktc). Giá trị của V là:
A. 5,6.
B. 33,6.
C. 11,2.
D. 22,4.
Đáp án D
nCa(HCO3)2 = 81: 162 = 0,5 mol
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O
0,5 → 0,5 → 0,5 mol
CaCO3 → CaO + CO2
0,5 → 0,5 mol
=> nCO2 = 0,5 + 0,5 = 1 mol
=> VCO2 = 1.22,4 = 22,4 lít
Câu 2. Hỗn hợp rắn A gồm Ca(HCO3); CaCO3; NaHCO3; Na2CO3. Nung A đến khối lượng không đổi được chất rắn B gồm:
A. CaCO3 và Na2O.
B. CaO và Na2O.
C. CaCO3 và Na2CO3.
D. CaO và Na2CO3.
Đáp án D
Ca(HCO3)2 → CaO + 2CO2 + H2O
CaCO3 → CaO + CO2
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Câu 3. Chất nào sau đây được dùng để làm mềm nước cứng vĩnh cửu?
A. Na2CO3 và Na3PO4
B. Na2SO4 và Na3PO4.
C. HCl và Na2CO3.
D. HCl và Ca(OH)2.
Câu 4. Nhiệt phân hoàn toàn 16,2 gam Ca(HCO3)2, thu được V lít khí CO2 ở đktc. Giá trị của V là
A. 2,24
B. 3,36
C. 4,48
D. 5,6
Đáp án C
Ca(HCO3)2 → CaO + 2CO2↑ + H2O
→ nCO2 = 2nCa(HCO3)2 = 2.16,2162 = 0,2mol→V = 4,48
Câu 5. Trong một cốc nước có chứa 0,01 mol Na+; 0,02 mol Ca2+; 0,01 mol Mg2+; 0,05 mol HCO3– và 0,02 mol Cl-. Nước trong cốc là:
A. Nước mềm
B. Nước cứng tạm thời
C. Nước cứng vĩnh cửu
D. Nước cứng toàn phần
Câu 6. Thổi V lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dung dịch Ca(OH)2 1M thu được 6 gam kết tủa. Lọc kết tủa đun nóng dung dịch lại thấy có kết tủa nữa. Tìm V?
A. 3,136 lít
B. 6,272 lít
C. 1,568 lít
D. 4,704 lít
Đáp án A
nCaCO3 = 6/100 = 0,06 mol
Do đun nóng lại thu được thêm kết tủa => nên có Ca(HCO3)2
nCaCO3 tạo thêm là 4/100 = 0,04 mol
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O
0,06 → 0,06 → 0,06
2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2→ CaCO3 + CO2 + H2O
0,04 0,04
→ nCO2 ở phản ứng 2 là 0,04.2 =0 ,08 mol
→ nCO2= 0,06 + 0,08 = 0,14 mol
→ V = 0,14.22,4 = 3,136 lít
Câu 7. Hấp thụ hoàn toàn 3,36 lít khí CO2 (đktc) vào 100ml dung dịch Ba(OH)2 1M, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là
A. 1,97.
B. 3,94.
C. 19,7.
D. 9,85.
Đáp án D
nCO2 = 3,36/22,4 = 0,15 (mol);
nBa(OH)2 = 0,1.1 = 0,1 (mol)
Ta có: 1 < nCO2/nBa(OH)2 = 0,15/0,1 =1,5 < 2
=> Tạo 2 muối BaCO3 và Ba(HCO3)2 cả CO2 và Ba(OH)2 đều phản ứng hết
CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3↓ + H2O
a ← a ← a (mol)
2CO2 + Ba(HCO3)2 → Ba(HCO3)2
2b ← b ← b (mol)
Ta có:
∑nBa(OH)2 = a + b = 0,1
∑nCO2 = a + 2b = 0,15
a = 0,05
b = 0,05
=> mBaCO3 = 0,05.197 = 9,85 (g)
Câu 8. Nung hỗn hợp X gồm FeCO3 và BaCO3 trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được chất rắn Y và V lít CO2 (đktc). Hòa tan Y vào H2O dư thu được dung dịch Z và 8 gam chất rắn không tan. Hấp thụ hết V lít khí CO2 vào Z thu được 9,85 gam kết tủa. Khối lượng của FeCO3 và BaCO3 trong hỗn hợp ban đầu?
A. 11,6 gam, 29,77g
B. 23,2 gam, 29,77 gam
C. 23,2 gam, 32,45 gam
D. 11,6 gam, 24, 67 gam
Đáp án A
4FeCO3 + O2 → 2Fe2O3 + 4CO2
x………………→ 0,5x ……. x
BaCO3 → BaO + CO2
y …………..→.. y……y
nCO2 = 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 → nCO2 = 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
nBaCO3 = y – 0,1 = 9,85/197 = 0,05 mol → y = 0,15 mol
mFeCO3 = 0,1.116 = 11,6g
mBaCO3 = 0,15.197 = 29,77g
Câu 9. Nhận định nào sau đây về muối cacbonat là đúng ? Tất cả muối cacbonat đều
A. bị nhiệt phân tạo ra oxit kim loại và cacbon dioxit
B. không tan trong nước
C. tan trong nước.
D. bị nhiệt phân trừ muối cacbonat của kim loại kiềm
Đáp án D
Muối cacbonat của kim loại kiềm, amoni và đa số các muối hidrocacbonat dễ tan trong nước. các muối của kim loại không tan trong nước, ví dụ: BaCO3; KCO3.
+ Muối cacbonat trung hòa của kim loại kiềm bền với nhiệt. Muối cacbonat trung hòa của kim loại khác cũng như muối hidrocacbonat bị nhiệt phân hủy.
Ví dụ: BaCO3 → BaO + CO2 hay
2KHCO3 → K2CO3 + CO2 + H2O
u 10. Khi cho từ từ dung dịch K2CO3 vào dung dịch HCl khuấy đều, hiện tượng xảy ra là
A. xuất hiện chất khí bay ra ngay khi cho K2CO3vào
B. sau 1 thời gian thấy xuất hiện chất khí bay ra, dung dịch trong suốt
C. không có khí thoát ra
D. có khí thoát ra và xuất hiện kết tủa
Đáp án A
Phương trình hóa học: K2CO3 + 2HCl → 2KCl + CO2 + H2O.
Khi cho từ từ dung dịch K2CO3 vào dung dịch HCl khuấy đều, hiện tượng xảy ra là xuất hiện chất khí bay ra ngay khi cho K2CO3 vào