CaCO3 ra CaO: Phương trình nhiệt phân và bài tập

Trả lời nhanh

CaCO₃ ra CaO khi bị nung nóng ở nhiệt độ cao (khoảng 900°C): CaCO₃ → CaO + CO₂↑. Đây là phản ứng nhiệt phân, thuộc loại phản ứng phân huỷ và thu nhiệt. Sản phẩm gồm canxi oxit (vôi sống) là chất rắn màu trắng và khí cacbon đioxit thoát ra.

Phương trình hoá học CaCO₃ ra CaO

Phương trình đã cân bằng (hệ số mỗi chất đều là 1):

CaCO₃ (rắn) –t°→ CaO (rắn) + CO₂ (khí)

Điều kiện: nhiệt độ cao, thường nung ở khoảng 900°C (phản ứng bắt đầu xảy ra rõ từ khoảng 800°C trở lên).
Loại phản ứng: phân huỷ (một chất tạo ra hai chất), thu nhiệt.
Kiểm tra cân bằng: vế trái 1 Ca, 1 C, 3 O; vế phải 1 Ca (trong CaO), 1 C và 1 + 2 = 3 O (trong CaO và CO₂). Số nguyên tử mỗi nguyên tố hai vế bằng nhau.

Hiện tượng nhận biết

Đá vôi (chất rắn màu trắng) khi nung vẫn là chất rắn trắng nhưng khối lượng giảm dần, vì khí CO₂ bay ra.
Khí thoát ra dẫn vào nước vôi trong (dung dịch Ca(OH)₂) làm nước vôi vẩn đục: Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O.
Chất rắn thu được là CaO, cho vào nước thì tan và toả nhiều nhiệt: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Vì sao phải nung ở nhiệt độ cao?

Liên kết trong CaCO₃ khá bền nên cần nhiều năng lượng mới bẻ gãy được, do đó phản ứng thu nhiệt và chỉ xảy ra khi nung mạnh. Phản ứng còn là phản ứng thuận nghịch: ở nhiệt độ thấp hơn, CaO hấp thụ CO₂ tạo lại CaCO₃. Vì vậy trong lò nung vôi, người ta phải để khí CO₂ thoát ra liên tục thì phản ứng mới đi hết về phía tạo CaO.

Ứng dụng: nung vôi

Nung đá vôi trong lò vôi để sản xuất vôi sống (CaO).
Vôi sống dùng khử chua đất, xử lý nước thải, làm chất hút ẩm, sản xuất vật liệu xây dựng.
Vôi sống hoà với nước thành vôi tôi Ca(OH)₂ dùng trong xây dựng và công nghiệp.
Khí CO₂ sinh ra được thu hồi để dùng trong công nghiệp hoặc thải ra không khí.

Tính toán theo phương trình

Khối lượng mol: CaCO₃ = 100 g/mol, CaO = 56 g/mol, CO₂ = 44 g/mol. Tỉ lệ mol 1 : 1 : 1.

Chất	CaCO₃	CaO	CO₂
Số mol	1	1	1
Khối lượng	100 g	56 g	44 g

Kiểm tra bảo toàn khối lượng: 56 + 44 = 100. Mẹo nhớ: cứ 100 phần CaCO₃ cho 56 phần CaO và 44 phần CO₂.

Ví dụ có hiệu suất (số liệu tự đặt)

Nung 200 g đá vôi chứa 90% CaCO₃, hiệu suất phản ứng 80%. Tính khối lượng CaO và thể tích CO₂ ở đktc.

m(CaCO₃) = 200 × 90% = 180 g → n = 1,8 mol.
Theo lí thuyết: n(CaO) = 1,8 mol. Với H = 80%: n(CaO) thực tế = 1,8 × 0,8 = 1,44 mol.
m(CaO) = 1,44 × 56 = 80,64 g.
n(CO₂) = 1,44 mol → V = 1,44 × 22,4 = 32,256 lít.

Lỗi sai thường gặp

Viết thiếu điều kiện nhiệt độ (t°) trên mũi tên: phương trình này bắt buộc phải có.
Quên kí hiệu ↑ cho CO₂, hoặc viết CaO là chất khí.
Nhầm CaO (vôi sống) với Ca(OH)₂ (vôi tôi).
Khi đề cho đá vôi không tinh khiết, quên nhân với phần trăm CaCO₃ trước khi tính mol.
Khi đề cho hiệu suất, áp dụng hiệu suất sai chiều (sản phẩm thực tế = lí thuyết × H).

Bài luyện tập

Bài 1. Nung hoàn toàn 50 g CaCO₃. Tính khối lượng CaO và thể tích CO₂ (đktc).

Đáp án: n(CaCO₃) = 0,5 mol → n(CaO) = n(CO₂) = 0,5 mol. m(CaO) = 0,5 × 56 = 28 g; V(CO₂) = 0,5 × 22,4 = 11,2 lít.

Bài 2. Nung 10 g CaCO₃ một thời gian, thu được 7,8 g chất rắn. Tính hiệu suất phân huỷ.

Đáp án: Khối lượng giảm chính là CO₂ thoát ra: 10 − 7,8 = 2,2 g → 0,05 mol. Số mol CaCO₃ đã phân huỷ = 0,05 mol → 5 g. Hiệu suất = 5/10 × 100% = 50%. (Chất rắn gồm CaO 2,8 g và CaCO₃ dư 5 g, tổng 7,8 g.)

Bài 3. Nung 1 tấn đá vôi chứa 80% CaCO₃ (phản ứng hoàn toàn). Tính khối lượng vôi sống thu được, coi tạp chất không bị phân huỷ và không tính vào CaO.

Đáp án: m(CaCO₃) = 0,8 tấn. Theo tỉ lệ 100 : 56, m(CaO) = 0,8 × 56/100 = 0,448 tấn.

Phản ứng liên quan cần nhớ

CaO + H₂O → Ca(OH)₂ (toả nhiều nhiệt).
CaO + CO₂ → CaCO₃ (chiều ngược lại, ở nhiệt độ thấp hơn).
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑ (dùng để thử CaCO₃ còn dư sau khi nung: có sủi bọt khí).
CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O (không có bọt khí).

Câu hỏi thường gặp

CaCO3 nung ra gì?

Nung CaCO3 ở khoảng 900°C thu được canxi oxit (CaO, vôi sống) và khí cacbon đioxit (CO2): CaCO3 → CaO + CO2.

Phản ứng CaCO3 ra CaO là phản ứng gì?

Đó là phản ứng phân huỷ (nhiệt phân), thu nhiệt, và là phản ứng thuận nghịch nên cần để CO2 thoát ra để phản ứng xảy ra hoàn toàn.

Làm sao biết CaCO3 đã nhiệt phân hết?

Cho chất rắn sau nung tác dụng với dung dịch HCl: nếu không còn bọt khí CO2 thoát ra thì CaCO3 đã phân huỷ hết. Hoặc cân thấy khối lượng chất rắn giảm đúng 44% so với ban đầu.

CaO ra CaCO3 bằng cách nào?

Cho CaO tác dụng với CO2: CaO + CO2 → CaCO3. Trong thực tế, vôi sống để lâu ngoài không khí hấp thụ CO2 và hơi nước nên dần biến chất.