Trả lời nhanh
Na2CO3 ra Na2SO4 khi cho natri cacbonat tác dụng với axit sunfuric: Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O. Đây là phản ứng trao đổi giữa muối và axit mạnh. Axit sunfuric mạnh hơn axit cacbonic nên đẩy được gốc CO3 ra, sinh khí CO2 thoát khỏi dung dịch.
Phương trình hoá học
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O
Kiểm tra cân bằng: mỗi vế có 2 Na, 1 C, 1 S, 2 H và 7 + … O (vế trái 3 + 4 = 7 O; vế phải 4 + 2 + 1 = 7 O). Phương trình đã cân bằng với hệ số đều bằng 1.
Điều kiện và hiện tượng
- Điều kiện: xảy ra ngay ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác. H2SO4 loãng hay đặc đều được, nhưng khi làm thí nghiệm nên dùng loãng cho an toàn.
- Hiện tượng: có bọt khí không màu (CO2) sủi lên mạnh; chất rắn Na2CO3 (nếu dùng dạng rắn) tan dần. Dung dịch thu được trong suốt, chứa Na2SO4.
- Nhận biết CO2: dẫn khí qua nước vôi trong, nước vôi vẩn đục do tạo CaCO3.
Vì sao phản ứng xảy ra?
Phản ứng trao đổi trong dung dịch xảy ra khi tạo chất kết tủa, chất khí hoặc chất điện li yếu. Ở đây H2CO3 tạo thành là axit yếu, không bền, phân huỷ ngay thành CO2 và H2O:
Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + H2CO3, rồi H2CO3 → CO2↑ + H2O.
Khí CO2 bay ra khỏi hệ nên phản ứng đi đến cùng. Đây cũng là quy tắc chung: axit mạnh đẩy axit yếu ra khỏi muối của nó.
Phương trình ion
- Ion đầy đủ: 2Na+ + CO32− + 2H+ + SO42− → 2Na+ + SO42− + CO2↑ + H2O
- Ion rút gọn: CO32− + 2H+ → CO2↑ + H2O
Ion Na+ và SO42− là ion “khán giả”, không tham gia biến đổi. Vì vậy phương trình ion rút gọn này cũng đúng cho mọi muối cacbonat tan tác dụng với axit mạnh như HCl, HNO3.
Thứ tự cho chất và tỉ lệ mol
Đây là chỗ nhiều bạn chủ quan. Khi nhỏ từ từ axit vào dung dịch Na2CO3 dư, ban đầu chưa thấy khí, vì tạo muối axit trước:
2Na2CO3 + H2SO4 → 2NaHCO3 + Na2SO4
Khi axit đủ nhiều, NaHCO3 mới phản ứng tiếp và sủi bọt:
2NaHCO3 + H2SO4 → Na2SO4 + 2CO2↑ + 2H2O
Ngược lại, nếu đổ Na2CO3 vào axit dư thì có khí ngay, và phản ứng chung đúng như phương trình chính ở trên. Tỉ lệ n(H2SO4) : n(Na2CO3) ≥ 1 thì cacbonat chuyển hết thành CO2.
Các cách khác để từ Na2CO3 ra Na2SO4
| Chất tác dụng | Phương trình | Dấu hiệu |
|---|---|---|
| H2SO4 | Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O | Sủi bọt khí |
| NaHSO4 | Na2CO3 + 2NaHSO4 → 2Na2SO4 + CO2↑ + H2O | Sủi bọt khí |
| MgSO4 | Na2CO3 + MgSO4 → Na2SO4 + MgCO3↓ | Có kết tủa trắng |
Trong chương trình phổ thông, cách thứ nhất là phổ biến nhất. Cách thứ hai thường gặp trong bài tập về muối axit.
Ứng dụng
- Điều chế khí CO2 trong phòng thí nghiệm (thường dùng CaCO3 + HCl, nhưng Na2CO3 cho khí nhanh hơn).
- Nhận biết muối cacbonat: nhỏ axit vào, thấy sủi bọt khí.
- Na2SO4 thu được dùng trong sản xuất thuỷ tinh, bột giặt, giấy.
Lỗi sai thường gặp
- Quên mũi tên ↑ cho CO2 hoặc viết H2CO3 ở sản phẩm cuối. H2CO3 không bền nên phải viết CO2 + H2O.
- Viết Na2SO4 kết tủa. Muối này tan tốt trong nước.
- Bỏ qua bước tạo NaHCO3 khi nhỏ axit từ từ vào Na2CO3 dư.
Mẹo nhớ: “Cacbonat gặp axit mạnh – sủi bọt CO2, ra muối mới, thêm nước”.
Bài tập vận dụng
Bài 1. Cho 5,3 g Na2CO3 vào dung dịch H2SO4 dư. Tính thể tích CO2 (đktc).
Giải: n(Na2CO3) = 5,3 : 106 = 0,05 mol. Theo phương trình, n(CO2) = 0,05 mol, nên V = 0,05 × 22,4 = 1,12 lít.
Bài 2. Cho 100 ml dung dịch H2SO4 0,2M phản ứng vừa đủ với Na2CO3 tạo CO2. Tính khối lượng Na2CO3 đã dùng và khối lượng Na2SO4 tạo thành.
Giải: n(H2SO4) = 0,1 × 0,2 = 0,02 mol. Suy ra n(Na2CO3) = n(Na2SO4) = 0,02 mol. m(Na2CO3) = 0,02 × 106 = 2,12 g; m(Na2SO4) = 0,02 × 142 = 2,84 g.
Bài 3. Có hai lọ mất nhãn: dung dịch Na2CO3 và dung dịch Na2SO4. Nêu cách phân biệt.
Giải: Lấy mẫu thử, nhỏ dung dịch H2SO4 loãng (dư) vào. Mẫu nào sủi bọt khí là Na2CO3; mẫu không hiện tượng là Na2SO4.
Câu hỏi thường gặp
Na2CO3 tác dụng với H2SO4 tạo ra chất gì?
Tạo natri sunfat Na2SO4, khí cacbon đioxit CO2 và nước: Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O.
Phản ứng Na2CO3 và H2SO4 có hiện tượng gì?
Có bọt khí không màu sủi lên mạnh. Khí đó là CO2, làm đục nước vôi trong.
Vì sao nhỏ từ từ H2SO4 vào Na2CO3 lúc đầu chưa thấy khí?
Vì lúc đầu Na2CO3 còn dư nên tạo muối axit NaHCO3: 2Na2CO3 + H2SO4 → 2NaHCO3 + Na2SO4. Khi axit đủ nhiều NaHCO3 mới phản ứng tiếp và sinh CO2.
Phương trình ion rút gọn của phản ứng là gì?
CO3^2− + 2H+ → CO2↑ + H2O. Ion Na+ và SO4^2− không tham gia phản ứng.