CHUYÊN ĐỀ 5: BÀI TOÁN VỀ OXIT VÀ HỖN HỢP OXIT

Tính chất:

-         Oxit bazơ tác dụng với dung dịch axit.

-         Oxit axit tác dụng với dung dịch bazơ.

-         Oxit lưỡng tính vừa tác dụng với dung dịch axit, vừa tác dụng dung dịch bazơ.

-         Oxit trung tính: Không tác dụng được với dung dịch axit và dung dịch bazơ.

Cách làm:

-         Bước 1: Đặt CTTQ

-         Bước 2: Viết PTHH.

-         Bước 3: Lập phương trình toán học dựa vào các ẩn số theo cách đặt.

-         Bước 4: Giải phương trình toán học.

-         Bước 5: Tính toán theo yêu cầu của đề bài.

-          

A - TOÁN OXIT BAZƠ

Bài tập áp dụng:

Bài 1: Cho 4,48g một oxit của kim loại hoá trị tác dụng hết 7,84g axit H₂SO₄. Xác định công thức của oxit trên.

Đáp số: CaO

Bài 2: Hoà tan hoàn toàn 1 gam oxit của kim loại R cần dùng 25ml dung dịch hỗn hợp gồm axit H₂SO₄ 0,25M và axit HCl 1M. Tìm công thức của oxit trên.

Đáp số: Fe₂O₃

Bài 3: Có một oxit sắt chưa rõ công thức, chia oxit này làm 2 phần bằng nhau.

a/ Để hoà tan hết phần 1 cần dùng150ml dung dịch HCl 1,5M.

b/ Cho luồng khí H₂ dư đi qua phần 2 nung nóng, phản ứng xong thu được 4,2g sắt.

Tìm công thức của oxit sắt nói trên.

Đáp số: Fe₂O₃

Bài 4: Hoà tan hoàn toàn 20,4g oxit kim loại A, hoá trị III trong 300ml dung dịch axit H₂SO₄ thì thu được 68,4g muối khan. Tìm công thức của oxit trên.

Đáp số:

Bài 5: Để hoà tan hoàn toàn 64g oxit của kim loại hoá trị III cần vừa đủ 800ml dung dịch axit HNO₃ 3M. Tìm công thức của oxit trên.

Đáp số:

Bài 6: Khi hoà tan một lượng của một oxit kim loại hoá trị II vào một lượng vừa đủ dung dịch axit H₂SO₄ 4,9%, người ta thu được một dung dịch muối có nồng độ 5,78%. Xác định công thức của oxit trên.

Hướng dẫn:

Đặt công thức của oxit là RO

PTHH:   RO      +     H₂SO₄   ---->   RSO₄ +   H₂O

(M_R + 16)       98g              (M_R + 96)g

Giả sử hoà tan 1 mol (hay M_R + 16)g RO

Khối lượng dd RSO₄(5,87%) = (M_R + 16) + (98 : 4,9).100 = M_R + 2016

C% = .100% = 5,87%

Giải phương trình ta được: M_R = 24, kim loại hoá trị II là Mg.

Đáp số: MgO

Bài 7: Hoà tan hoàn toàn một oxit kim loại hoá trị II bằng dung dịch H₂SO₄ 14% vừa đủ thì thu được một dung dịch muối có nồng độ 16,2%. Xác định công thức của oxit trên.

Đáp số: MgO

B - TOÁN OXIT AXIT

Bài tập 1: Cho từ từ khí CO₂­ (SO₂) vào dung dịch NaOH(hoặc KOH) thì có các PTHH xảy ra:

CO₂   +   2NaOH    Na₂CO₃    +    H₂O ^{( 1 )}

Sau đó khi số mol  CO₂ = số mol NaOH thì có phản ứng.

CO₂    +   NaOH    NaHCO₃  ^{( 2 )}

Hướng giải:  xét tỷ lệ số mol để viết PTHH xảy ra.    

                Đặt    T  =        

-         Nếu T   1 thì chỉ có phản ứng ( 2 ) và có thể dư CO₂.

-         Nếu T   2 thì chỉ có phản ứng ( 1 ) và có thể dư NaOH.

-         Nếu   1  <  T   <  2  thì có cả 2 phản ứng ( 1 ) và ( 2 ) ở trên hoặc có thể viết như sau:

CO₂  +   NaOH    NaHCO₃ ^{( 1 ) /}

tính theo số mol của CO₂.

Và sau đó:    NaOH _dư   +    NaHCO₃      Na₂CO₃   +    H₂O  ^{( 2 ) /}

Hoặc dựa vào số mol CO₂ và số mol NaOH hoặc số mol Na₂CO₃ và NaHCO₃  tạo thành sau phản ứng để lập các phương trình toán học và giải.

  Đặt ẩn x,y lần lượt là số mol của Na₂CO₃ và NaHCO₃ tạo thành sau phản ứng.

Bài tập áp dụng:

1/ Cho 1,68 lit CO₂ (đktc) sục vào bình đựng dd KOH dư. Tính nồng độ mol/lit của muối thu được sau phản ứng. Biết rằng thể tích dd là 250 ml.

2/ Cho 11,2 lit CO₂ vào 500ml dd NaOH 25% (d = 1,3g/ml). Tính nồng độ mol/lit của dd muối tạo thành.

3/ Dẫn 448 ml CO₂ (đktc) sục vào bình chứa 100ml dd KOH 0,25M. Tính khối lượng muối tạo thành.

Bài tập 2: Cho từ từ khí CO₂ (SO₂)  vào dung dịch Ca(OH)₂ (hoặc Ba(OH)₂)  thì có các phản ứng xảy ra:

Phản ứng ưu tiên tạo ra muối trung hoà trước.

CO₂    +   Ca(OH)₂      CaCO₃     +     H₂O  ^{( 1 )}

Sau đó khi số mol CO₂ = 2 lần số mol của Ca(OH)₂ thì có phản ứng

2CO₂    +    Ca(OH)₂     Ca(HCO₃)₂  ^{( 2 )}

Hướng giải :  xét tỷ lệ số mol để viết PTHH xảy ra:

                Đặt    T  =     

-         Nếu T   1 thì chỉ có phản ứng ( 1 ) và có thể dư Ca(OH)₂.

-         Nếu T   2 thì chỉ có phản ứng ( 2 ) và có thể dư CO₂.

-         Nếu   1  <  T  <  2  thì có cả 2 phản ứng (1) và (2) ở trên hoặc có thể viết như sau:

CO₂    +   Ca(OH)₂      CaCO₃     +     H₂O  ^{( 1 )} 

tính theo số mol của Ca(OH)₂ .

CO_{2 dư}    +   H₂O    +    CaCO₃         Ca(HCO₃)₂  ^{( 2 )  !}

Hoặc dựa vào số mol CO₂ và số mol Ca(OH)₂ hoặc số mol CaCO₃ tạo thành sau phản ứng để lập các phương trình toán học và giải.

Đặt ẩn x, y lần lượt là số mol của CaCO₃ và Ca(HCO₃)₂ tạo thành sau phản ứng.

Bài tập áp dụng:

Bài 1: Hoà tan 2,8g CaO vào nước ta được dung dịch A.

a/ Cho 1,68 lit khí CO₂ hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch A. Hỏi có bao nhiêu gam kết tủa tạo thành.

b/ Nếu cho khí CO₂ sục qua dung dịch A và sau khi kết thúc thí nghiệm thấy có 1g kết tủa thì có bao nhiêu lít CO₂ đã tham gia phản ứng. ( các thể tích khí đo ở đktc )

Đáp số:

a/ ^mCaCO₃ = 2,5g

b/ TH₁: CO₂ hết và Ca(OH)₂ dư. ---> V_CO = 0,224 lit

TH₂: CO₂ dư và Ca(OH)₂ hết ---->  V_CO = 2,016 lit

Bài 2:Dẫn 10 lít hỗn hợp khí gồm N₂ và CO₂ (đktc) sục vào 2 lit dung dịch Ca(OH)₂ 0,02M, thu được 1g kết tủa. Hãy xác định % theo thể tích của khí CO₂ trong hỗn hợp.

Đáp số:

TH₁: CO₂ hết và Ca(OH)₂ dư. ---> V_CO = 0,224 lit và % V_CO = 2,24%

TH₂: CO₂ dư và Ca(OH)₂ hết ---->  V_CO = 1,568 lit và % V_CO = 15,68%

Bài 3: Dẫn V lit CO₂(đktc) vào 200ml dung dịch Ca(OH)₂ 1M, thu được 10g kết tủa. Tính v.

Đáp số:

TH₁: CO₂ hết và Ca(OH)₂ dư. ---> V_CO = 2,24 lit.

TH₂: CO₂ dư và Ca(OH)₂ hết ---->  V_CO = 6,72 lit.

Bài 4: Cho m(g) khí CO₂ sục vào 100ml dung dịch Ca(OH)₂ 0,05M, thu được 0,1g chất không tan. Tính m.

Đáp số:

TH₁: CO₂ hết và Ca(OH)₂ dư. ---> ^mCO₂ = 0,044g

TH₂: CO₂ dư và Ca(OH)₂ hết ---->  ^mCO₂ = 0,396g

Bài 5: Phải đốt bao nhiêu gam cacbon để khi cho khí CO₂ tạo ra trong phản ứng trên tác dụng với 3,4 lit dung dịch NaOH 0,5M ta được 2 muối với muối hiđro cacbonat có nồng độ mol bằng 1,4 lần nồng độ mol của muối trung hoà.

Đáp số:

Vì thể tích dung dịch không thay đổi nên tỉ lệ về nồng độ cũng chính là tỉ lệ về số mol. ---> m_C = 14,4g.

Bài 6: Cho 4,48 lit CO₂(đktc) đi qua 190,48ml dung dịch NaOH 0,02% có khối lượng riêng là 1,05g/ml. Hãy cho biết muối nào được tạo thành và khối lượng lf bao nhiêu gam.

Đáp số: Khối lượng NaHCO₃ tạo thành là: 0,001.84 = 0,084g

Bài 7: Thổi 2,464 lit khí CO₂ vào một dung dịch NaOH thì được 9,46g hỗn hợp 2 muối Na₂CO₃ và NaHCO₃. Hãy xác định thành phần khối lượng của hỗn hợp 2 muối đó. Nếu muốn chỉ thu được muối NaHCO₃ thì cần thêm bao nhiêu lít khí cacbonic nữa.

Đáp số: 8,4g NaHCO₃ và 1,06g Na₂CO₃. Cần thêm 0,224 lit CO₂.

Bài 8: Đốt cháy 12g C và cho toàn bộ khí CO₂ tạo ra tác dụng với một dung dịch NaOH 0,5M. Với thể tích nào của dung dịch NaOH 0,5M thì xảy ra các trường hợp sau:

a/ Chỉ thu được muối NaHCO₃(không dư CO₂)?

b/ Chỉ thu được muối Na₂CO₃(không dư NaOH)?

c/ Thu được cả 2 muối với nồng độ mol của NaHCO₃ bằng 1,5 lần nồng độ mol của Na₂CO₃?

     Trong trường hợp này phải tiếp tục thêm bao nhiêu lit dung dịch NaOH 0,5M nữa để được 2 muối có cùng nồng độ mol.

Đáp số:

a/ ⁿNaOH = ⁿCO₂ = 1mol ---> V_{dd NaOH 0,5M} = 2 lit.

b/ n_NaOH = 2n_CO= 2mol ---> V_{dd NaOH 0,5M} = 4 lit.

c/

Đặt a, b lần lượt là số mol của muối NaHCO₃ và Na₂CO₃.

Theo PTHH ta có:

ⁿCO₂ = a + b = 1mol   (I)

Vì nồng độ mol NaHCO₃ bằng 1,5 lần nồng độ mol Na₂CO₃ nên.

=  1,5 ---> a = 1,5b   (II)

Giải hệ phương trình (I, II) ta được: a = 0,6 mol, b = 0,4 mol

n_NaOH = a + 2b = 0,6 + 2 x 0,4 = 1,4 mol ---> V_{dd NaOH 0,5M} = 2,8 lit.

Gọi x là số mol NaOH cần thêm và khi đó chỉ xảy ra phản ứng.

NaHCO₃  +  NaOH --->  Na₂CO₃  + H₂O

x(mol)        x(mol)         x(mol)

ⁿNaHCO₃ (còn lại) = (0,6 – x) mol

ⁿNa₂CO₃ (sau cùng) = (0,4 + x) mol

Vì bài cho nồng độ mol 2 muối bằng nhau nên số mol 2 muối phải bằng nhau.

(0,6 – x) = (0,4 + x) ---> x = 0,1 mol NaOH

Vậy số lit dung dịch NaOH cần thêm là: V_{dd NaOH 0,5M} = 0,2 lit.

Bài 9: Sục x(lit) CO₂ (đktc) vào 400ml dung dịch Ba(OH)₂ 0,5M thì thu được 4,925g kết tủa. Tính x.

Đáp số:

TH₁: CO₂ hết và Ca(OH)₂ dư. ---> V_CO = 0,56 lit.

TH₂: CO₂ dư và Ca(OH)₂ hết ---->  V_CO = 8,4 lit.

C - TOÁN HỖN HỢP OXIT.

Các bài toán vận dụng số mol trung bình và xác định khoảng số mol của chất.

1/ Đối với chất khí. (hỗn hợp gồm có 2 khí)

Khối lượng trung bình của 1 lit hỗn hợp khí ở đktc:

M_TB  =

Khối lượng trung bình của 1 mol hỗn hợp khí ở đktc:

M_TB  =

Hoặc:   M_TB  =      (n là tổng số mol khí trong hỗn hợp)

Hoặc:   M_TB  =       (x₁là % của khí thứ nhất)

Hoặc:  M_TB  =  d_{hh/khí x} . M_x

2/ Đối với chất rắn, lỏng.                 M_{TB của hh}  = 

Tính chất 1:    

      M_{TB của hh}  có giá trị phụ thuộc vào thành phần về lượng các chất thành phần trong hỗn hợp.

Tính chất 2:

         M_{TB của hh} luôn nằm trong khoảng khối lượng mol phân tử của các chất thành phần nhỏ nhất và lớn nhất.

M_min <  n_hh   <  M_max

Tính chất 3:

      Hỗn hợp 2 chất A, B có M_A < M_B và có thành phần % theo số mol là a(%) và b(%)

Thì khoảng xác định số mol của hỗn hợp là.

   <  n_hh  < 

Giả sử A hoặc B có % = 100% và chất kia có % = 0 hoặc ngược lại.

Lưu ý:

- Với bài toán hỗn hợp 2 chất A, B (chưa biết số mol) cùng tác dụng với 1 hoặc cả 2 chất X, Y (đã biết số mol). Để biết sau phản ứng đã hết A, B hay X, Y chưa. Có thể giả thiết hỗn hợp A, B chỉ chứa 1 chất A hoặc B

     - Với M_A  < M_B nếu hỗn hợp chỉ chứa A thì:

n_A  =   >  n_hh = 

Như vậy nếu X, Y tác dụng với A mà còn dư, thì X, Y sẽ có dư để tác dụng hết với hỗn hợp A, B

-         Với M_A < M_B, nếu hỗn hợp chỉ chứa B thì:

n_B  =    <   n_hh  = 

Như vậy nếu X, Y tác dụng chưa đủ với B thì cũng không đủ để tác dụng hết với hỗn hợp A, B.

Nghĩa là sau phản ứng X, Y hết, còn A, B dư.

3/ Khối lượng mol trung bình của một hỗn hợp ()

Khối lượng mol trung bình (KLMTB) của một hỗn hợp là khối lượng của 1 mol hỗn hợp đó.

=  =       (*)

Trong đó:

-         m_hh là tổng số gam của hỗn hợp.

-         n_hh là tổng số mol của hỗn hợp.

-         M₁, M₂, ..., M_i là khối lượng mol của các chất trong hỗn hợp.

-         n₁, n₂, ..., n_i là số mol tương ứng của các chất.

Tính chất: M_min <  < M_max

Đối với chất khí vì thể tích tỉ lệ với số mol nên (*) được viết lại như sau:

=     (**)

Từ (*) và (**) dễ dàng suy ra:

= M₁x₁ + M₂x₂ + ... + M_ix_i         (***)

   Trong đó: x₁, x₂, ..., x_i là thành phần phần trăm (%) số mol hoặc thể tích (nếu hỗn hợp khí) tương ứng của các chất và được lấy theo số thập phân, nghĩa là: 100% ứng với x = 1.

50% ứng với x = 0,5.

Chú ý: Nếu hỗn hợp chỉ gồm có hai chất có khối lượng mol tương ứng M₁ và M₂ thì các công thức (*), (**) và (***) được viết dưới dạng:

(*)   =        (*)^/

(**)   =        (**)^/

(***)  = M₁x + M₂(1 - x)        (***)^/

   Trong đó: n₁, V₁, x là số mol, thể tích, thành phần % về số mol hoặc thể tích (hỗn hợp khí) của chất thứ nhất M₁. Để đơn giản trong tính toán thông thường người ta chọn M₁ > M₂.

Nhận xét: Nếu số mol (hoặc thể tích) hai chất bằng nhau thì  =  và ngược lại.

Bài tập áp dụng:

Bài 1: Hoà tan 4,88g hỗn hợp A gồm MgO và FeO trong 200ml dung dịch H₂SO₄ 0,45M(loãng) thì phản ứng vừa đủ, thu được dung dịch B.

a/ Tính khối lượng mỗi oxit có trong hỗn hợp A.

b/ Để tác dụng vừa đủ với 2 muối trong dung dịch B cần dùng V(lit) dung dịch NaOH 0,2M, thu được kết tủa gồm 2 hiđrôxit kim loại. Lọc lấy kết tủa, đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn khan(phản ứng hoàn toàn). Tính V và m.

Đáp số:

a/ m_MgO = 2g và m_FeO = 2,88g

b/ V_{dd NaOH 0,2M} = 0,9 lit và m_rắn = 5,2g.

Bài 2: Để hoà tan 9,6g một hỗn hợp đồng mol (cùng số mol) của 2 oxit kim loại có hoá trị II cần 14,6g axit HCl. Xác định công thức của 2 oxit trên. Biết kim loại hoá trị II có thể là Be, Mg, Ca, Fe, Zn, Ba.

Đáp số: MgO và CaO

Bài 3: Khử 9,6g một hỗn hợp gồm Fe₂O₃ và FeO bằng H₂ ở nhiệt độ cao, người ta thu được Fe và 2,88g H₂O.

a/ Viết các PTHH xảy ra.

b/ Xác định thành phần % của 2 oxit trong hỗn hợp.

c/ Tính thể tích H₂(đktc) cần dùng để khử hết lượng oxit trên.

Đáp số:

b/ % Fe₂O₃ = 57,14% và % FeO = 42,86%

c/ V_H = 3,584 lit

Bài 4: Cho X và Y là 2 oxit của cùng một kim loại M. Biết khi hoà tan cùng một lượng oxit X như nhau đến hoàn toàn trong HNO₃ và HCl rồi cô cạn dung dịch thì thu được những lượng muối nitrat và clorua của kim loại M có cùng hoá trị. Ngoài ra, khối lượng muối nitrat khan lớn hơn khối lượng muối clorua khan một lượng bằng 99,38% khối lượng oxit đem hoà tan trong mỗi axit. Phân tử khối của oxit Y bằng 45% phân tử khối của oxit X. Xác định các oxit X, Y.

Đáp số:

Bài 5: Khử 2,4g hỗn hợp gồm CuO và Fe₂O₃ bằng H₂ ở nhiệt độ cao thì thu được 1,76g hỗn hợp 2 kim loại. Đem hỗn hợp 2 kim loại hoà tan bằng dd axit HCl thì thu được V(lit) khí H₂.

a/ Xác định % về khối lượng của mỗi oxit trong hỗn hợp.

b/ Tính V (ở đktc).

Đáp số:

a/ % CuO = 33,33%  ;  % Fe₂O₃ = 66,67%

b/ V_H = 0,896 lit.

Bài 6: Hoà tan 26,2g hỗn hợp Al₂O₃ và CuO thì cần phải dùng vừa đủ 250ml dung dịch H₂SO₄ 2M. Xác định % khối lượng mỗi chất trong hỗn hợp.

Đáp số: % Al₂O₃ = 38,93% và % CuO = 61,07%.

Bài 7: Cho hỗn hợp A gồm 16g Fe₂O₃ và 6,4g CuO vào 160ml dung dịch H₂SO₄ 2M. Sau phản ứng thấy còn m gam rắn không tan.

a/ Tính m.

b/ Tính thể tích dung dịch hỗn hợp gồm axit HCl 1M và axit H₂SO₄ 0,5M cần dùng để phản ứng hết hỗn hợp A.

Đáp số:

a/ 3,2 < m < 4,8

b/ V_{dd hh axit} = 0