Để xác định công thức khoáng vật X, tiến hành các thí nghiệm sau: Thí nghiệm 1: Cho 5,55 gam X tác dụng hết với lượng dư dung dịch axit HCl thu được 0,672 lít (đktc) khí Y không màu, không mùi, làm đục nước vôi trong nhưng không làm mất màu dung dịch nước brom. Thí nghiệm 2: Nung nóng m gam X ở 250 thu được chất rắn Z (chỉ chứa một chất) có khối lượng giảm 57,03% so với X, hỗn hợp gồm khí và hơi không màu, không mùi. Nếu tiếp tục nung nóng Z ở nhiệt độ cao hơn thì khối lượng vẫn không đổi. Lấy 1,855 gam Z cho tác dụng với lượng dư dung dịch axit HCl, sau phản ứng thu được 0,392 lít (đktc) khí Y. Tìm công thức hóa học của X.

Đáp án:

$Na_2CO_3.NaHCO_3.10H_2O$

Giải thích các bước giải:

Vì khí `Y` không màu, không mùi, làm đục nước vôi trong nhưng không làm mất màu nước brom

`=> Y:CO_2`

Vì khoáng vật `X` tác dụng với `HCl` thu được `CO_2` và thu được chất rắn `Z` duy nhất

`=> Z:R_2(CO_3)_n`

`-` Thí nghiệm `2:`

`n_{CO_2} = (0,392)/(22,4) = 0,0175(mol)`

`R_2(CO_3)_n + 2nHCl -> 2RCl_n + nCO_2 + nH_2O`

Theo PT: `n_{R_2(CO_3)_n} = 1/n n_{CO_2} = (0,0175)/n (mol)`

`-> M_{R_2(CO_3)_n} = 1,855 : (0,0175)/n = 106n(g//mol)`

`-> M_R = (106n - 60n)/2 = 23n(g//mol)`

Với `n = 1 -> M_R = 23(g//mol)`

`-> R:Na`

Nung `X` chỉ thu được `Na_2CO_3` và hỗn hợp khí và hơi không màu, không mùi

`=>X` gồm `Na_2CO_3,NaHCO_3,H_2O`

`-` Thí nghiệm `1:`

`n_{CO_2} = (0,672)/(22,4) = 0,03(mol)`

Đặt `n_{Na_2CO_3} = a(mol); n_{NaHCO_3} = b(mol); n_{H_2O} = c(mol)`

`-> 106a + 84b = 18c = 5,55(1)`

`Na_2CO_3 + 2HCl -> 2NaCl + CO_2 + H_2O`

`NaHCO_3 + HCl -> NaCl + CO_2 + H_2O`

Bảo toàn `C:n_{CO_2} = n_{Na_2CO_3} + n_{NaHCO_3}`

`-> a + b = 0,03(2)`

Thí nghiệm `2:`

Đặt `n_{Na_2CO_3} = ak(mol); n_{NaHCO_3} = bk(mol); n_{H_2O} = ck(mol)`

`\%m_{Na_2CO_3} = 100\% - 57,03\% = 42,97\%`

$2NaHCO_3 \xrightarrow{t^o} Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O$

`bk -> 0,5bk`

`-> ( 106(ak + 0,5bk))/(106ak + 84bk + 18ck) .100\% = 42,97\%`

`<=> (106a + 53b)/(106a + 84b + 18c) .100\% = 42,97\%(3)`

`(1),(2),(2) -> a = b = 0,015; b = 0,15`

`-> n_{Na_2CO_3} : n_{NaHCO_3} : n_{H_2O} = 0,015 : 0,015 : 0,15 = 1 : 1 : 10`

`-> X:Na_2CO_{3}.NaHCO_{3}.10H_2O`