Nhiệt phân muối cacbonat và hidrocacbonat có đáp án

1. Nhiệt phân muối cacbonat và hidrocacbonat có đáp án:

Bài 1: Nhiệt phân muối natri hidrocacbonat (NaHCO3) theo phương trình: NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2. 

Lời giải: 

Khi nung nóng, muối natri hidrocacbonat sẽ phân hủy thành muối natri cacbonat, nước và khí cacbonic. Đây là một quá trình nhiệt phân đơn giản và thường xuyên xảy ra trong công nghiệp và đời sống.

Bài 2: Nhiệt phân muối kali hidrocacbonat (KHCO3) theo phương trình: 2KHCO3 -> K2CO3 + H2O + CO2. 

Lời giải: 

Khi nung nóng, muối kali hidrocacbonat sẽ phân hủy thành muối kali cacbonat, nước và khí cacbonic. Đây là một quá trình nhiệt phân tương tự như muối natri hidrocacbonat, nhưng cần hai phân tử muối để tạo ra một phân tử muối mới.

Bài 3: Tính nhiệt độ nhiệt phân của muối cacbonat khi biết rằng hằng số cân bằng của phản ứng nhiệt phân là 0,01 ở 25°C và 0,1 ở 1000°C. Giả sử rằng hằng số cân bằng thay đổi theo công thức:

ln K = -ΔH/RT + C

Trong đó K là hằng số cân bằng, ΔH là nhiệt động học của phản ứng, R là hằng số khí lý tưởng, T là nhiệt độ theo độ Kelvin và C là một hằng số.

Lời giải:

Để tính nhiệt độ nhiệt phân của muối cacbonat, ta cần tìm giá trị của ΔH và C. Ta có thể dùng hai điểm dữ liệu đã cho để lập một hệ phương trình hai ẩn như sau:

ln 0,01 = -ΔH/(298 R) + C

ln 0,1 = -ΔH/(1273 R) + C

Giải hệ phương trình này, ta được:

ΔH = 177,5 kJ/mol

C = 13,8

Do đó, công thức của hằng số cân bằng là:

ln K = -177,5/(RT) + 13,8

Giả sử rằng muối cacbonat nhiệt phân hoàn toàn khi K = 1, ta có thể tìm nhiệt độ nhiệt phân T bằng cách giải phương trình:

ln 1 = -177,5/(RT) + 13,8

T = 177,5/(13,8 R) = 1043 K

Vậy nhiệt độ nhiệt phân của muối cacbonat là khoảng 1043 K hay 770°C.

Bài 4: Cho biết khối lượng của 100g muối hidrocacbonat (NaHCO3) được nhiệt phân trong một bình kín có thể tích 10 lít. Nhiệt độ của bình là 25°C và áp suất là 1 atm. Tính nồng độ mol của các chất trong bình sau khi nhiệt phân hoàn toàn.

Lời giải:

Phương trình phản ứng nhiệt phân muối hidrocacbonat là:

NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

n(NaHCO3) = n(Na2CO3) + n(CO2) + n(H2O)

Biết rằng khối lượng mol của NaHCO3 là 84 g/mol, ta có:

n(NaHCO3) = 100/84 = 1.19 mol

Do đó, sau khi nhiệt phân hoàn toàn, ta có:

n(Na2CO3) = n(CO2) = n(H2O) = 1.19/2 = 0.595 mol

Theo định luật Avogadro, ta có:

n/V = p/RT

Trong đó V là thể tích bình, p là áp suất, R là hằng số khí lý tưởng và T là nhiệt độ.

Do đó, ta có:

n(CO2)/V = p/RT

n(H2O)/V = p/RT

Suy ra:

n(CO2) = pV/RT = (1 x 10)/(0.082 x (25 + 273)) = 0.41 mol

n(H2O) = pV/RT = (1 x 10)/(0.082 x (25 + 273)) = 0.41 mol

Vậy nồng độ mol của các chất trong bình sau khi nhiệt phân hoàn toàn là:

[Na2CO3] = n(Na2CO3)/V = 0.595/10 = 0.0595 M

[CO2] = n(CO2)/V = 0.41/10 = 0.041 M

[H2O] = n(H2O)/V = 0.41/10 = 0.041 M

Bài 5: Cho biết khối lượng muối cacbonat (M = 100) cần nhiệt phân để thu được 22,4 lít khí CO2 (đktc) và khối lượng chất rắn còn lại.

Lời giải:

Phương trình nhiệt phân muối cacbonat là:

CaCO3 -> CaO + CO2

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m(CaCO3) = m(CaO) + m(CO2)

Theo định luật Avogadro, ta có:

V(CO2) = 22,4 * n(CO2)

Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có:

n(CaCO3) = n(CaO) = n(CO2)

Từ các phương trình trên, ta suy ra:

m(CaCO3) = 100 * V(CO2) / 22,4

m(CaO) = 56 * V(CO2) / 22,4

Thay V(CO2) = 22,4 vào, ta được:

m(CaCO3) = 100 g

m(CaO) = 56 g

2. Nhiệt phân muối cacbonat:

Nhiệt phân muối cacbonat là quá trình phân hủy muối cacbonat bằng nhiệt độ cao, giải phóng khí carbon dioxide và tạo ra oxit kim loại hoặc muối cacbonat mới. Các muối cacbonat không tan (trừ muối amoni) đều bị nhiệt phân, còn các muối cacbonat tan thì chỉ một số bị nhiệt phân như Na2CO3, K2CO3… Các muối hidrocacbonat đều bị nhiệt phân, tạo ra muối cacbonat, khí carbon dioxide và nước. Phương trình tổng quát của quá trình nhiệt phân muối cacbonat có dạng:

M2(CO3)n → M2O n + CO2

2M(HCO3)n → M2(CO3)n + nCO2 + nH2O

Trong đó M là kim loại, n là số oxi hóa của kim loại.

Ví dụ: Nhiệt phân canxi cacbonat (CaCO3) tạo ra canxi oxit (CaO) và khí carbon dioxide (CO2):

CaCO3 → CaO + CO2

Nhiệt phân natri hidrocacbonat (NaHCO3) tạo ra natri cacbonat (Na2CO3), khí carbon dioxide (CO2) và nước (H2O):

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

Nhiệt phân muối cacbonat có nhiều ứng dụng trong đời sống và sản xuất, ví dụ như:

– Nhiệt phân natri hidrocacbonat (NaHCO3) ra natri cacbonat (Na2CO3) là phương pháp giải phóng khí CO2, được ứng dụng trong việc tạo xốp cho nhiều loại bánh như bánh cookies, bánh quẩy hoặc bánh biscuits. Bên cạnh đó, NaHCO3 còn được ứng dụng trong quá trình sản xuất các loại nước giải khát với tác dụng chính là làm giảm nồng độ axit.

– Nhiệt phân canxi cacbonat (CaCO3) ra canxi oxit (CaO) và CO2 là quá trình sản xuất vôi sống, một nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp xi măng, xây dựng và nông nghiệp. CaCO3 là thành phần chính của đá vôi, được dùng để sản xuất vôi, xi măng.

– Nhiệt phân magie cacbonat (MgCO3) ra magie oxit (MgO) và CO2 là quá trình sản xuất MgO, một chất có tính kiềm mạnh, được dùng để điều chỉnh độ pH của nước và đất, chống ăn mòn kim loại và làm thuốc chống loét.

– Nhiệt phân sắt cacbonat (FeCO3) trong không khí ra sắt oxit (Fe2O3) và CO2 là quá trình sản xuất Fe2O3, một chất có màu đỏ gạch, được dùng làm chất nhuộm và sơn.

– Nhiệt phân natri cacbonat (Na2CO3) ra natri oxit (Na2O) và CO2 dùng để sản xuất Na2O, một chất có tính kiềm cao, được dùng để sản xuất thủy tinh, xà phòng và giấy.

3. Nhiệt phân muối hidrocacbonat:

Nhiệt phân muối hidrocacbonat là một quá trình phân hủy nhiệt động học của muối hidrocacbonat khi đun nóng. Muối hidrocacbonat là muối của axit cacbonic (H2CO3) với các kim loại. Công thức tổng quát của muối hidrocacbonat là M(HCO3)n, trong đó M là kim loại, n là số oxi hóa của M.

Khi nhiệt phân muối hidrocacbonat, ta có phản ứng tổng quát như sau:

2M(HCO3)n → M2(CO3)n + nCO2 + nH2O

Trong đó, M2(CO3)n là muối cacbonat của kim loại M, CO2 và H2O là các sản phẩm khí thoát ra.

Ví dụ: Nhiệt phân muối natri hidrocacbonat (NaHCO3) ta có phản ứng:

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O

Nhiệt phân muối canxi hidrocacbonat (Ca(HCO3)2) ta có phản ứng:

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O

Nhiệt phân muối hidrocacbonat là một phản ứng không thuộc loại oxi hóa – khử, mà chỉ là phản ứng thay đổi cấu trúc của các ion trong muối. Phản ứng này thường xảy ra khi đun nóng các muối hidrocacbonat kém bền nhiệt.

Các muối hidrocacbonat đều kém bền nhiệt và bị phân hủy khi đun nóng. Tuy nhiên, các muối hidrocacbonat của kim loại kiềm như Na, K, Rb, Cs thì không bị phân hủy hoàn toàn mà chỉ tạo ra muối cacbonat. Các muối cacbonat của kim loại kiềm thì không bị phân hủy bởi nhiệt.

Nhiệt phân muối hidrocacbonat có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và thực phẩm, ví dụ như:

– Khi sản xuất bột nở, người ta sử dụng muối hidrocacbonat của amoni (NH4HCO3) để tạo ra khí CO2 làm bột nở lên. 

– Khi sản xuất thuốc sủi, dùng muối hidrocacbonat của natri (NaHCO3) để tạo ra khí CO2 làm thuốc sủi lên và cũng có tác dụng trung hòa axit trong dạ dày.

Nhiệt phân muối hidrocacbonat có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Ví dụ, 

– Nhiệt phân NaHCO3 ra Na2CO3 là phương pháp giải phóng khí CO2, được ứng dụng trong việc tạo xốp cho nhiều loại bánh như bánh cookies, bánh quẩy hoặc bánh biscuits. 

– Nhiệt phân NaHCO3 còn được ứng dụng trong quá trình sản xuất các loại nước giải khát với tác dụng chính là làm giảm nồng độ axit. Các muối hidrocacbonat khác cũng có thể được nhiệt phân theo cùng một nguyên tắc, nhưng có thể có điều kiện nhiệt độ khác nhau. 

– Tạo ra muối cacbonat, chẳng hạn như khi nhiệt phân Ba(HCO3)2 để tạo ra BaCO3.

– Tạo ra oxit kim loại, chẳng hạn như khi nhiệt phân Fe(HCO3)2 trong không khí để tạo ra Fe2O3.