Giải bài tập SGK Hóa 12 Nâng cao Bài 31: Một số hợp chất quan trọng của kim loại kiềm thổ

Chất nào sau đây không bị thủy phân khi nung nóng?

A. Mg(NO₃)₂

B. CaCO₃

C. CaSO₄

D. Mg(OH)₂

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần xét xem các chất trên có tạo ra sản phẩm mới khi nung nóng hay không.

Hướng dẫn giải

Chất không bị thủy phân khi nung nóng là CaSO₄.

⇒ Đáp án C.

A. CO₃^2-

B. OH^-

C. Ca²⁺

D. HCO₃^-

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần xét xem các ion trên có khả năng nhường nhận proton H⁺ hay không.

Hướng dẫn giải

HCO₃^- + OH^- → CO₃^2- + H₂O

HCO₃^- + H⁺ → H₂O + CO₂

→ HCO₃^- có tính lưỡng tính.

→ Đáp án D.

Nước tự nhiên có chứa ion nào dưới đây được gọi là nước có tính cứng tạm thời?

A. Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-

B. Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-

C. Cl^-, SO₄^2-, HCO₃^-, Ca²⁺

D. HCO₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺

Phương pháp giải

Để lựa chọn đáp án phù hợp cần ghi nhớ: Nước tự nhiên có chứa ion HCO₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺ được gọi là nước có tính cứng tạm thời.

Hướng dẫn giải

Nước tự nhiên có chứa ion HCO₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺ được gọi là nước có tính cứng tạm thời. 

⇒ Đáp án D.

Một loại nước cứng khi đun sôi thì mất tính cứng, trong loại nước cứng này có hòa tan những chất nào sau đây?

A. Ca(HCO₃)₂, MgCl₂

B. Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂

C. Mg(HCO₃)₂, CaCl₂

D. MgCl₂, Ca₂SO₄

Phương pháp giải

Để một loại nước mất tính cứng khi đun sôi thì trong loại nước cứng này có hòa tan những chất: Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂

Hướng dẫn giải

Một loại nước cứng khi đun sôi thì mất tính cứng, trong loại nước cứng này có hòa tan những chất: Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂

⇒ Đáp án B.

Cho các chất:

A. NaCl

B. Ca(OH)₂

C. Na₂CO₃

D. HCl

E. BaCl₂

F. Na₂SO₄

Những chất nào có thể:

a. Làm mềm nước có tính cứng tạm thời.

b. Làm mềm nước có tính cứng vĩnh cửu.

Viết phương trình hóa học.

Phương pháp giải

- Để làm mềm nước cứng tạm thời có thể dùng Ca(OH)₂ hoặc Na₂CO₃ do chúng làm kết tủa Ca²⁺ và Mg²⁺ dưới dạng muối cacbonat.

- Để làm mềm nước cứng vĩnh cửu có thể dùng Na₂CO₃

Hướng dẫn giải

Câu a

Để làm mềm nước cứng tạm thời có thể dùng Ca(OH)₂ hoặc Na₂CO₃ do chúng làm kết tủa Ca²⁺ và Mg²⁺ dưới dạng muối cacbonat theo các phương trình:

• Ca(OH)₂

OH^- + HCO₃^- → CO₃^2- + H₂O

CO₃^2- + Mg²⁺ → MgCO₃\(^{\downarrow}\)

CO₃^2- + Ca²⁺ → CaCO₃\(^{\downarrow}\)

• Na₂CO₃

CO₃^2- + Mg²⁺ → MgCO₃\(^{\downarrow}\)

CO₃^2- + Ca²⁺ → CaCO₃\(^{\downarrow}\)

⇒ Dùng chất B hoặc C.

Câu b

Chất có thể làm mềm nước cứng vĩnh cửu: Na₂CO₃

CO₃^2- + Mg²⁺ → MgCO₃\(^{\downarrow}\)

CO₃^2- + Ca²⁺ → CaCO₃\(^{\downarrow}\)

⇒ Dùng chất C.

a. Có 4 chất rắn đựng trong 4 lọ riêng biệt: Na₂CO₃, CaCO₃, Na₂SO₄, CaSO₄.2H₂O. Bằng cách nào để nhận biết 4 chất, nếu ta chỉ dùng nước và dung dịch axit.

b. Có 3 chất rắn đựng trong 3 lọ riêng biệt: NaCl, CaCl₂ và MgCl₂. Hãy trình bày phương pháp hóa học để nhận biết mỗi chất (có đủ dụng cụ và những hóa chất cần thiết).

Phương pháp giải

Để nhận biết các chất trên cần nắm rõ tính chất hóa học đặc trưng của các chất đó để lựa chọn hóa chất và phương pháp phù hợp.

Hướng dẫn giải

Câu a: Phương pháp hóa học nhận biết Na₂CO₃, CaCO₃, Na₂SO₄, CaSO₄.2H₂O nếu ta chỉ dùng nước và dung dịch axit

• Hòa tan 4 chất vào nước ta thu được hai nhóm:

+ Nhóm tan nhiều trong nước có Na₂CO₃ và Na₂SO₄

+ Nhóm ít tan trong nước có CaCO₃ và CaSO₄.H₂O

• Nhỏ dung dịch HCl vào từng chất thuộc hai nhóm trên:

+ Nhận ra Na₂CO₃ vì có khí thoát ra còn Na₂SO₄ thì không

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂\(^{\downarrow}\) + H₂O

+ Nhận ra CaCO₃ vì có khí còn CaSO₄.2H₂O thì không

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Câu b

Lấy mỗi lọ một chất rắn đem hào tan vào nước, đánh số rồi chia làm hai phần:

- Phần 1: Nhỏ từ từ dung dịch NaOH vào, nhận ra ống đựng MgCl₂ vì có kết tủa

2NaOH + MgCl₂ → Mg(OH)₂ + 2NaCl

- Phần 2: Loại bỏ ống nghiệm MgCl₂ đã nhận ra, nhỏ từ từ dung dịch Na₂CO₃ vào nhận ra ống đựng CaCl₂ vì có kết tủa

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + 2NaCl

Còn lại là NaCl

Trong tự nhiên các nguyên tố magie và canxi có trong quặng đôlômit: CaCO₃.MgCO₃. Từ quặng này hãy trình bày phương pháp điều chế:

a. Hai chất riêng biệt là CaCO₃ và MgCO₃

b. Hai kim loại riêng biệt là Ca và Mg

Viết các phương trình hóa học.

Phương pháp giải

Để xác định phương pháp điều chế các chất trên cần dùng hóa chất thích hợp để tách riêng 2 muối trên dưới dạng kết tủa, sau đó cho tác dụng với hóa chất để biến đổi về chất cần điều chế.

Hướng dẫn giải

Câu a: Phương pháp điều chế CaCO₃ và MgCO₃

Sơ đồ điều chế như sau:

• Cho quặng hòa tan vào dung dịch HCl:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + 2H₂O

MgCO₃ + 2HCl → MgCl₂ + CO₂ + 2H₂O

• Cho MgCl₂ tác dụng với dung dịch NaOH để tạo kết tủa:

MgCl₂ + 2NaOH → Mg(OH)₂ ↓ + 2NaCl

• Lọc tách phần không tan thì dung dịch còn chứa các ion Ca²⁺, Cl^-, Na⁺, OH^- thêm Na₂CO₃ vào dung dịch ta thu CaCO₃ kết tủa.

Ca²⁺ + CO₃^2- → CaCO₃

Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O

MgCl₂ + Na₂CO₃ → MgCO₃ + 2NaCl

Câu b: Phương pháp điều chế hai kim loại Ca và Mg

Làm tương tự như phần a để tách riêng 2 muối. Sau đó điện phân nóng chảy các dung dịch muối:

Phương trình hóa học:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + 2H₂O

CaCl₂ \(\xrightarrow{{dpnc}}\) Ca + Cl₂

MgCl₂ \(\xrightarrow{{dpnc}}\) Mg + Cl₂

Dựa vào bảng tính tan của một số hợp chất kim loại kiềm thổ (xem phần tư liệu), hãv xét xem phản ứng nào sau đây xảy ra:

Mg(OH)₂ + Ca²⁺ → Ca(OH)₂ + Mg²⁺.

Ca(OH)₂ + Mg²⁺ → Mg(OH)₂ + Ca²⁺

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần dựa vào bảng tính tan của một số hợp chất kim loại kiềm thổ.

Hướng dẫn giải

Dựa vào bảng tính tan của  kim loại kiềm thổ, phản ứng xảy ra là :

Ca(OH)₂ + Mg²⁺ → Mg(OH)₂ + Ca²⁺

Phản ứng này xảy ra vì điều kiện trao đổi ion Ca(OH)₂ tan trong H₂O độ tan 16.10⁻⁴ mol/100g H₂O.

Cho 10 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm N₂ và CO₂ tác dụng với 2 lít dung dịch Ca(OH)₂ 0,02 mol/l, thu được 1 gam chất kết tủa. Hãy xác định thành phần % theo thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp ban đầu?

Phương pháp giải

• Bước 1: Viết phương trình hóa học, tính số mol kết tủa và  Ca(OH)₂
• Bước 2: Xét 2 trường hợp CO₂ dư và không dư. Suy ra thể tích của mỗi khí trong hỗn hợp ban đầu.

Hướng dẫn giải

Phương trình hóa học:

CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O (1)

Nếu dư CO₂ dư : CO₂ + CaCO₃ + H₂O → Ca(HCO₃)₂ (2)

• Trường hợp 1 : Nếu CO₂ không dư :

n_CO2 = n_CaCO3 = 1 / 100 = 0,01 mol ⇒ V_CO2 = 0,01 . 22,4 = 0,224 (lít)

⇒ %V_CO2 = (0,224 / 10) . 100% = 2,24%

%V_N2 = 100% – 2,24% = 97,76%

• Trường hợp 2 : Nếu CO₂ dư:

n_Ca(OH)2 = 2 . 0,02 = 0,04 mol

Theo (1) n_CO2 = n_Ca(OH)2 = n_CaCO3 = 0,04 mol

Theo đề: n_{kết tủa} = 0,01 mol ⇒ có 0,03 mol kết tủa bị hòa tan

n_CO2 = n_{CaCO3 tan ra} = 0,03 mol

n_CO2 = 0,04 + 0,03 = 0,07 mol

⇒ V_CO2 = 0,07 . 22,4 = 1,568 lít

⇒ %V_CO2 = (1,568 / 10) . 100% = 15,68%

%V_N2 = 100% – 15,68% = 84,32%

Vậy phần trăm theo thể tích mỗi khí CO₂ và N₂ lần lượt là 2,24% và 97,76% (nếu CO₂ hết) và 15,68% và 84,32% (nếu CO₂ dư).

Có ba cốc đựng lần lượt: nước mưa, nước có tính cứng tạm thời, nước có tính cứng vĩnh cửu. Hãy nhận biết nước đựng trong mỗi cốc bằng phương pháp hóa học. Viết phương trình hóa học.

Phương pháp giải

• Bước 1: Đun nóng 3 cốc, cốc có kết tủa xuất hiện là cốc có chứa nước cứng tạm thời
• Bước 2: Nhỏ dung dịch Na₂CO₃ vào hai mẫu nước còn lại, cốc có kết tủa xuất hiện là cốc nước cứng vĩnh cửu.

Hướng dẫn giải

Cách nhận biết nước đựng trong mỗi cốc bằng phương pháp hóa học:

• Đun nóng 3 cốc, cốc có kết tủa xuất hiện là cốc có chứa nước cứng tạm thời:

Ca(HCO₃)₂  → CO₂ + CaCO₃ + H₂O

Mg(HCO₃)₂  → CO₂ + MgCO₃ + H₂O

• Nhỏ dung dịch Na₂CO₃ vào hai mẫu nước còn lại, cốc có kết tủa xuất hiện là cốc nước cứng vĩnh cửu:

CO₃^2- + Mg²⁺ → MgCO₃ ↓

CO₃^2- + Ca²⁺ → CaCO₃ ↓

• Còn lại là nước mưa (nước mềm).

Cần dùng bao nhiêu gam Na₂CO₃ vừa đủ để làm mềm lượng nước cứng, biết lượng CaSO₄ có trong nước cứng trên là 6.10^-5 mol.

Phương pháp giải

Dựa vào phương trình hóa học và n_CaSO4 để tính khối lượng Na₂CO₃.

Hướng dẫn giải

Ta có phương trình hóa học:

Na₂CO₃ + CaSO₄ → Na₂SO₄ + CaCO₃

n_Na2CO3 = n_CaSO4 = 6.10^-5 mol 

m_Na2CO3 = 6.10^-5 . 106 = 6,36 . 10^-3 gam.

Tính tổng khối lượng theo mg/lit của các ion Ca²⁺ và Mg²⁺ có trong một loại nước tự nhiên. Biết rằng nước này có chứa đồng thời các muối Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂ và CaSO₄ với khối lượng tương ứng là 112,5 mg/l, 119 mg/l và 54,5 mg/l.

Phương pháp giải

Bảo toàn nguyên tố suy ra khối lượng của các cation.

Hướng dẫn giải

Ta có:

Ca(HCO₃)₂ → Ca²⁺

162 gam         40 gam

112,5 mg → 27,778 mg

Mg(HCO₃)₂ → Mg²⁺

146 gam         24 gam

11,9 mg →     1,956 mg

CaSO₄ → Ca²⁺

136 gam   40 gam

54,5 mg    16,03 mg

Tổng khối lượng Ca²⁺ và Mg²⁺: 27,778 + 1,956 + 16,03 = 45,76 mg.