Giải chi tiết Câu 7.12 Bài 7. Sulfuric acid và muối sulfate (trang 28, 29, 30) – SBT Hóa 11 Chân trời sáng tạo. Tham khảo: Tính khối lượng của cốc (A) sau phản ứng để làm kết quả đối chiếu cho 2 trường hợp của.
Câu hỏi/Đề bài:
Đặt hai cốc (A) và (B) có khối lượng bằng nhau lên hai đĩa cân thấy cân thăng bằng. Cho 15,9 gam Na2CO3 vào cốc (A) và 17,73 gam CaCO3 vào cốc (B), sau đó thêm 18 gam dung dịch H2SO4 98% vào cốc (A) và m gam dung dịch HCl 14,6% vào cốc (B) thì thấy cân thăng bằng. Tính khối lượng dung dịch HCl đã cho vào cốc (B).
Hướng dẫn:
Tính khối lượng của cốc (A) sau phản ứng để làm kết quả đối chiếu cho 2 trường hợp của cốc (B):
+ Trường hợp 1: Dư HCl.
+ Trường hợp 2: Dư CaCO3.
Lời giải:
\[\begin{array}{l}{{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{15,9}}}}{{{\rm{106}}}}{\rm{ = 0,15 (mol)}}\\{{\rm{m}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = 18 \times \frac{{98\% }}{{100\% }} = 17,64{\rm{ }}({\rm{g}}) \Rightarrow {{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}} = \frac{{17,64}}{{98}} = 0,18{\rm{ }}({\rm{mol}})\\{{\rm{n}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{17,73}}}}{{{\rm{100}}}}{\rm{ = 0,1773 (mol)}}\end{array}\]
– Xét cốc (A): \[{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{ + N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \to {\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow {\rm{ + }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\]
Ta có: \[\frac{{{{\rm{n}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}}}}{{\rm{1}}}{\rm{ > }}\frac{{{{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}}}{{\rm{1}}}{\rm{ }}\left( {\frac{{{\rm{0,18}}}}{{\rm{1}}}{\rm{ > }}\frac{{{\rm{0,15}}}}{{\rm{1}}}} \right)\]
=> H2SO4 dư, Na2CO3 hết. CO2 tính theo Na2CO3.
\[ \Rightarrow {{\rm{n}}_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}{{\rm{n}}_{{\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ = 0,15 (mol)}}\]
\[{{\rm{m}}_{{\rm{(A)}}}}{\rm{ = }}{{\rm{m}}_{{\rm{N}}{{\rm{a}}_{\rm{2}}}{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ + }}{{\rm{m}}_{{\rm{dd}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{S}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}}}{\rm{ – }}{{\rm{m}}_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}} = 15,9 + 18 – 0,15 \times 44 = 27,3{\rm{ }}({\rm{g}})\]
– Xét cốc (B): \[{\rm{2HCl + CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}} \to {\rm{CaC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{\rm{ + C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}} \uparrow {\rm{ + }}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}\]
Ta có: \[{{\rm{m}}_{{\rm{(B)}}}}{\rm{ = }}{{\rm{m}}_{{\rm{(A)}}}}{\rm{ = 27,3 (g)}}\]
+) Trường hợp (1): CaCO3 hết, HCl dư.
\[\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{n}}_{{\rm{HCl}}}} \ge {\rm{ 2}}{{\rm{n}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}} = 2 \times 0,1773 = 0,3546{\rm{ }}({\rm{mol}})\\ \Rightarrow {{\rm{m}}_{{\rm{dd HCl}}}} \ge 0,3546 \times 36,5 \times \frac{{100\% }}{{14,6\% }} = 88,65{\rm{ }}({\rm{g}})\\ \Rightarrow {{\rm{n}}_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_2}}} = {{\rm{n}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}} = 0,1773{\rm{ }}({\rm{mol}})\end{array}\]
\[\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{m}}_{\rm{B}}}{\rm{ = }}{{\rm{m}}_{{\rm{ddHCl }}}}{\rm{ + }}{{\rm{m}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ – }}{{\rm{m}}_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}}\\ \Leftrightarrow {{\rm{m}}_{\rm{B}}}{\rm{ }} \ge {\rm{ 88,65 + 17,73 – 0,45}} \times {\rm{44 = 98,5788 (g) }} \ne {\rm{27,3 (g)}}\end{array}\]
→ loại trường hợp CaCO3 hết, HCl dư.
+) Trường hợp (2): CaCO3 dư, HCl hết.
Đặt \[{{\rm{n}}_{{\rm{HCl}}}}{\rm{ = }}x{\rm{ (mol)}}\]
\[\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{m}}_{{\rm{dd HCl}}}}{\rm{ = 36,5}}x \times \frac{{100\% }}{{14,6\% }} = 250x{\rm{ }}({\rm{g}})\\ \Rightarrow {{\rm{n}}_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}{{\rm{n}}_{{\rm{HCl}}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{1}}}{{\rm{2}}}x{\rm{ (mol)}}\end{array}\]
\[\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{m}}_{\rm{B}}}{\rm{ = }}{{\rm{m}}_{{\rm{ddHCl }}}}{\rm{ + }}{{\rm{m}}_{{\rm{CaC}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}}}{\rm{ – }}{{\rm{m}}_{{\rm{C}}{{\rm{O}}_{\rm{2}}}}}\\ \Leftrightarrow {\rm{27,3 = 250}}x{\rm{ + 17,73 – 44}} \times \frac{1}{2}x\\ \Rightarrow x \approx 0,042{\rm{ }}({\rm{mol}})\\ \Rightarrow {{\rm{m}}_{{\rm{ddHCl}}}}{\rm{ = m}} = 250 \times 0,042 = 10,5{\rm{ }}({\rm{g}})\end{array}\]