Bài học

Ôn tập chương: phi kim và hợp chất carbon

Mục tiêu bài học

Sau bài ôn tập này, em hệ thống hoá được toàn bộ kiến thức về phi kim, carbon và các hợp chất carbon vô cơ đã học trong khoá, giải được các bài tập tổng hợp kết hợp nhiều phản ứng, và nhận biết đúng các chất qua hiện tượng thí nghiệm.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài này ôn lại toàn bộ 8 bài học trước: tính chất vật lí và hoá học của phi kim; phi kim tác dụng oxygen tạo oxide acid; carbon và phản ứng cháy hoàn toàn/không hoàn toàn; CO và tính khử oxide kim loại; CO₂ và phản ứng nhận biết bằng nước vôi trong; muối carbonate và phản ứng với acid; chu trình đá vôi — vôi sống — vôi tôi. Đề kiểm tra tổng hợp cuối khoá thường kết hợp từ hai chủ đề trở lên trong một bài toán.

Khởi động

Trong một đề thi, người ta thường cho một hỗn hợp gồm hai muối carbonate khác nhau tác dụng với acid, rồi yêu cầu tính phần trăm khối lượng mỗi muối. Em còn nhớ cách giải dạng bài kết hợp này không?

Bản đồ kiến thức của khoá học

Toàn bộ nội dung khoá học xoay quanh bốn nhóm chất: oxide acid (sinh ra khi phi kim cháy trong oxygen: $CO_2$ , $SO_2$ , $P_2O_5$ ), chất khử ( $C$ , $CO$ — dùng để khử oxide kim loại ở nhiệt độ cao), muối carbonate ( $CaCO_3$ , $Na_2CO_3$ , $NaHCO_3$ — đặc trưng bởi phản ứng với acid sinh khí $CO_2$ ), và hợp chất calcium trong xây dựng ( $CaO$ , $Ca(OH)_2$ , $CaCO_3$ — nối vòng tròn của chu trình vôi). Phản ứng nhận biết CO₂ bằng nước vôi trong ( $CO_2 + Ca(OH)_2 \to CaCO_3\downarrow + H_2O$ ) là mắt xích quan trọng nối liền các nhóm này với nhau trong hầu hết các bài toán tổng hợp.

Khi gặp một đề bài tổng hợp, cách tiếp cận hiệu quả là: (1) xác định chất nào thuộc nhóm nào trong bốn nhóm trên; (2) viết đầy đủ các phương trình hoá học liên quan, cân bằng cẩn thận; (3) nếu đề có dữ kiện về thể tích khí ở đkc, luôn quy đổi ngay ra số mol bằng $n = V / V_m$ (với $V_m = 24{,}79$ lít/mol) trước khi lập tỉ lệ theo phương trình; (4) nếu là hỗn hợp nhiều chất, đặt ẩn số mol và lập hệ phương trình dựa trên dữ kiện khối lượng và thể tích khí đã cho.

Toàn bộ nội dung khoá học xoay quanh bốn nhóm chất: **oxide acid** (sinh ra khi phi kim cháy trong oxygen: $CO_2$, $SO_2$, $P_2O_5$), **chất khử** ($C$, $CO$ — dùng để khử oxide kim loại ở nhiệt độ cao), **muối carbonate** ($CaCO_3$, $Na_2CO_3$, $NaHCO_3$ — đặc trưng bởi phản ứng với acid sinh khí $CO_2$), và **hợp chất calcium trong xây dựng** ($CaO$, $Ca(OH)_2$, $CaCO_3$ — nối vòng tròn của chu trình vôi). Phản ứng nhận biết CO₂ bằng nước vôi trong ($CO_2 + Ca(OH)_2 \to CaCO_3\downarrow + H_2O$) là mắt xích quan trọng nối liền các nhóm này với nhau trong hầu hết các bài toán tổng hợp. Khi gặp một đề bài tổng hợp, cách tiếp cận hiệu quả là: (1) xác định chất nào thuộc nhóm nào trong bốn nhóm trên; (2) viết đầy đủ các phương trình hoá học liên quan, cân bằng cẩn thận; (3) nếu đề có dữ kiện về thể tích khí ở đkc, luôn quy đổi ngay ra số mol bằng $n = V / V_m$ (với $V_m = 24{,}79$ lít/mol) trước khi lập tỉ lệ theo phương trình; (4) nếu là hỗn hợp nhiều chất, đặt ẩn số mol và lập hệ phương trình dựa trên dữ kiện khối lượng và thể tích khí đã cho.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: hỗn hợp hai muối carbonate tác dụng với acid

1
Hỗn hợp X gồm $CaCO_3$ và $Na_2CO_3$ có tổng khối lượng 20,6 gam tác dụng hết với dung dịch HCl dư, thu được 4,958 lít khí $CO_2$ (đkc, $V_m = 24{,}79$ lít/mol). Tính phần trăm khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp X.
Hỗn hợp X gồm $CaCO_3$ và $Na_2CO_3$ có tổng khối lượng 20,6 gam tác dụng hết với dung dịch HCl dư, thu được 4,958 lít khí $CO_2$ (đkc, $V_m = 24{,}79$ lít/mol). Tính phần trăm khối lượng mỗi muối trong hỗn hợp X.
2
Gọi $x$ , $y$ lần lượt là số mol $CaCO_3$ và $Na_2CO_3$ . $CaCO_3 + 2HCl \to CaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O$ ; $Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$ . Cả hai muối đều cho tỉ lệ 1 mol muối : 1 mol $CO_2$ .
Gọi $x$, $y$ lần lượt là số mol $CaCO_3$ và $Na_2CO_3$. $CaCO_3 + 2HCl \to CaCl_2 + CO_2\uparrow + H_2O$; $Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$. Cả hai muối đều cho tỉ lệ 1 mol muối : 1 mol $CO_2$.
3
Tổng số mol khí: $n(CO_2) = \dfrac{4{,}958}{24{,}79} = 0{,}2$ mol, nên $x + y = 0{,}2$ . Tổng khối lượng: $100x + 106y = 20{,}6$ .
Tổng số mol khí: $n(CO_2) = \dfrac{4{,}958}{24{,}79} = 0{,}2$ mol, nên $x + y = 0{,}2$. Tổng khối lượng: $100x + 106y = 20{,}6$.
4
Từ $x = 0{,}2 - y$ , thay vào: $100(0{,}2 - y) + 106y = 20{,}6 \Rightarrow 20 + 6y = 20{,}6 \Rightarrow y = 0{,}1$ mol; $x = 0{,}2 - 0{,}1 = 0{,}1$ mol.
Từ $x = 0{,}2 - y$, thay vào: $100(0{,}2 - y) + 106y = 20{,}6 \Rightarrow 20 + 6y = 20{,}6 \Rightarrow y = 0{,}1$ mol; $x = 0{,}2 - 0{,}1 = 0{,}1$ mol.
5
$m(CaCO_3) = 0{,}1 \times 100 = 10$ gam $\Rightarrow \%CaCO_3 = \dfrac{10}{20{,}6} \times 100\% \approx 48{,}5\%$ ; $\%Na_2CO_3 \approx 51{,}5\%$ .
$m(CaCO_3) = 0{,}1 \times 100 = 10$ gam $\Rightarrow \%CaCO_3 = \dfrac{10}{20{,}6} \times 100\% \approx 48{,}5\%$; $\%Na_2CO_3 \approx 51{,}5\%$.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp: nhận biết ba dung dịch mất nhãn

1
Có ba lọ mất nhãn chứa riêng biệt các dung dịch: HCl, $Na_2CO_3$ , NaCl. Trình bày cách phân biệt ba dung dịch trên chỉ bằng quỳ tím và cách quan sát hiện tượng, không dùng thêm hoá chất khác.
Có ba lọ mất nhãn chứa riêng biệt các dung dịch: HCl, $Na_2CO_3$, NaCl. Trình bày cách phân biệt ba dung dịch trên chỉ bằng quỳ tím và cách quan sát hiện tượng, không dùng thêm hoá chất khác.
2
Nhúng quỳ tím vào từng dung dịch: dung dịch làm quỳ tím hoá đỏ là HCl (do có tính acid); hai dung dịch còn lại (Na₂CO₃ và NaCl) không làm đổi màu rõ rệt quỳ tím ở mức nhận biết cơ bản.
3
Nhỏ vài giọt dung dịch HCl (đã xác định ở bước 1) vào hai dung dịch còn lại: dung dịch nào sủi bọt khí không màu là $Na_2CO_3$ (do $Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$ ); dung dịch không có hiện tượng gì là NaCl.
Nhỏ vài giọt dung dịch HCl (đã xác định ở bước 1) vào hai dung dịch còn lại: dung dịch nào sủi bọt khí không màu là $Na_2CO_3$ (do $Na_2CO_3 + 2HCl \to 2NaCl + CO_2\uparrow + H_2O$); dung dịch không có hiện tượng gì là NaCl.
4
Chỉ cần quỳ tím và chính dung dịch HCl vừa nhận ra, ta phân biệt được cả ba dung dịch mà không cần thêm hoá chất khác — đây là kỹ thuật "dùng sản phẩm nhận biết được để tiếp tục nhận biết" thường gặp trong đề thi.

Sai lầm thường gặp toàn khoá

Ba lỗi phổ biến nhất: (1) dùng $V_m = 22{,}4$ lít/mol thay vì $24{,}79$ lít/mol ở đkc mới; (2) quên xét tỉ lệ $CO_2 : Ca(OH)_2$ khi CO₂ có thể dư làm tan bớt kết tủa; (3) nhầm CO khử được cả oxide kim loại mạnh (Na₂O, CaO, Al₂O₃) — CO chỉ khử được oxide kim loại đứng sau nhôm.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Tổng kết khoá học

Phi kim tác dụng oxygen tạo oxide acid; carbon/CO là chất khử quan trọng trong công nghiệp; CO₂ và muối carbonate liên hệ chặt chẽ qua phản ứng nhận biết với nước vôi trong; chu trình vôi khép kín ba bước là ứng dụng thực tiễn quan trọng nhất trong xây dựng. Luôn dùng đúng $V_m = 24{,}79$ lít/mol ở đkc khi tính thể tích khí.

Khoá học tiếp theo trong lộ trình — Tài nguyên, nhiên liệu và carbon cycle — sẽ mở rộng góc nhìn từ các phản ứng hoá học riêng lẻ sang chu trình carbon trong tự nhiên và vấn đề sử dụng nhiên liệu hoá thạch bền vững.