PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG TRONG HÓA HỌC

Nội dung phương pháp - Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng BTKL: “ Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sản phẩm” Điều này giúp ta giải bài toán hóa

PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

1 Nội dung phương pháp

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (BTKL): “ Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sản phẩm”

Điều này giúp ta giải bài toán hóa học một cách đơn giản, nhanh chóng

Xét phản ứng: A + B → C + D

Ta luôn có: mA+ mB= mC+ mD (1)

* Lưu ý: Điều quan trọng nhất khi áp dụng phương pháp này đó là việc phải xác định đúng

lượng chất (khối lượng) tham gia phản ứng và tạo thành (có chú ý đến các chất kết tủa, bay hơi, đặc biệt là khối lượng dung dịch)

2 Các dạng bài toán thường gặp

Hệ quả1: Biết tổng khối lượng chất ban đầu ↔ khối lượng chất sản phẩm

Phương pháp giải: m(đầu) = m(sau) (không phụthuộc hiệu suất phản ứng)

Hệ quả2: Trong phản ứng có n chất tham gia, nếu biết khối lượng của (n – 1) chất thì ta dễ

dàng tính khối lượng của chất còn lại

Hệ quả3: Bài toán: Kim loại + axit → muối + khí

mmuối = kim loại+ manion tạo muối

- Biết khối lượng kim loại, khối lượng anion tạo muối (tính qua sản phẩm khí) → khối lượng muối

- Biết khối lượng muối và khối lượng anion tạo muối → khối lượng kim loại

- Khối lượng anion tạo muối thường được tính theo số mol khí thoát ra:

•Với axit HCl và H2SO4 loãng

+ 2HCl →H2 nên 2Cl- ↔ H2

+ H2SO4 →H2 nên SO42- ↔ H2

•Với axit H2SO4 đặc, nóng và HNO3: Sử dụng phương pháp ion – electron

Hệ quả 4: Bài toán khử hỗn hợp oxit kim loại bởi các chất khí (H2, CO)

Bản chất là các phản ứng: CO + [O] → CO2; H2+ [O] → H2O

⇒n[O] = n(CO2) = n(H2O) →mrắn = moxit – m[O]

3 Đánh giá phương pháp bảo toàn khối lượng

- Phương pháp bảo toàn khối lượng cho phép giải nhanh được nhiều bài toán khi biết quan hệ

về khối lượng của các chất trước và sau phản ứng

- Đặc biệt, khi chưa biết rõ phản ứng xảy ra hoàn toàn hay không hoàn toàn thì việc sử dụng phương pháp này càng giúp đơn giản hóa bài toán hơn

- Phương pháp bảo toàn khối lượng thường được sử dụng trong các bài toán nhiều chất

4 Các bước giải.

- Lập sơ đồ biến đổi các chất trước và sau phản ứng

- Từ giả thiết của bài toán tìm ∑m trước = ∑m sau (không cần biết phản ứng là hoàn toàn hay không hoàn toàn)

- Vận dụng định luật bảo toàn khối lượng để lập phương trình toán học, kết hợp dữ kiện khác

để lập hệ phương trình toán

- Giải hệ phương trình

THÍ DỤMINH HỌA

Ví dụ1: Hoà tan hoàn toàn 3,9g kali vào 36,2g nước thu được dung dịch có nồng độ

A 15,47% B 13,97% C 14,0% D 4,04%

Ví dụ2: Điện phân dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 và KCl với điện cực trơ đến khi thấy khí bắt đầu thoát ra ởcảhai điện cực thì dừng lại thấy có 448 ml khí (đktc) thoát ra ở anot Dung dịch sau điện phân có thể hoà tan tối đa 0,8 gam MgO Khối lượng dung dịch sau điện phân

đã giảm bao nhiêu gam (coi lượng H2O bay hơi là không đáng kể) ?

A 2,7 B 1,03 C 2,95 D 2,89

Ví dụ3: Cho 50 gam dung dịch BaCl2 20,8 % vào 100 gam dung dịch Na2CO3, lọc bỏ kết tủa được dung dịch X Tiếp tục cho 50 gam dung dịch H2SO4 9,8% vào dung dịch X thấy ra 0,448 lít khí (đktc) Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn Nồng độ % của dung dịch Na2CO3 và khối lượng dung dịch thu được sau cùng là:

A 8,15% và 198,27 gam B 7,42% và 189,27 gam

C 6,65% và 212,5 gam D 7,42% và 286,72gam.

Ví dụ4:X là một α - aminoaxit, phân tử chứa một nhóm -NH2và một nhóm -COOH Cho 0,89 gam X phản ứng vừa đủvới HCl thu được 1,255 gam muối Công thức cấu tạo của X là:

A CH2 =C(NH2)-COOH B H2N-CH=CH-COOH

C CH3-CH(NH2)-COOH D H2N-CH2-CH2-COOH

Ví dụ5: Cho 15,6 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức, kếtiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với 9,2 gam Na, thu được 24,5 gam chất rắn Hai ancol đó là:

A CH3OH và C2H5OH B C2H5OH và C3H7OH

C C3H5OH và C4H7OH D C3H7OH và C4H9OH

Ví dụ6: Trùng hợp 1,680 lít propilen (đktc) với hiệu suất 70%, khối lượng polime thu được là:

A. 3,150 gam B 2,205 gam C 4,550 gam D.1,850 gam

Ví dụ7: Xà phòng hoá hoàn toàn 17,24 gam chất béo cần vừa đủ 0,06 mol NaOH, cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được khối lượng xà phòng là:

A 17,80 gam B.18,24 gam C 16,68 gam D.13,38 gam

Ví dụ8: Cho 3,60 gam axit cacboxylic no, đơn chức X tác dụng hoàn toàn với 500ml dung dịch gồm KOH 0,12M và NaOH 0,12M Cô cạn dung dịch thu được 8,28 gam hỗn hợp chất rắn khan Công thức phân tử của X là:

Ví dụ 9: Nung 14,2 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại hoá trị2 được 7,6 gam chất rắn và khí X Dẫn toàn bộlượng khí X vào 100ml dung dịch KOH 1M thì khối lượng muối thu được sau phản ứng là:

A 15 gam B 10 gam C 6,9 gam D 5 gam

Ví dụ10: Nhiệt phân hoàn toàn M gam hỗn hợp X gồm CaCO3 và Na2CO3 thu được 11,6g chất rắn và 2,24 lít khí ở đktc Hàm lượng % của CaCO3 trong X là:

A 6,25% B 8,62% C 50,2% D 62,5%

Ví dụ11: Đun 27,6 gam hỗn hợp 3 ancol đơn chức với H2SO4 đặc ở140o C (H=100%) được 22,2gam hỗn hợp các ete có sốmol bằng nhau Số mol mỗi ete trong hỗn hợp là:

A 0,3 B 0,1 C 0,2 D.0,05

Ví dụ12: Đốt cháy hoàn toàn 0,025 mol chất hữu cơ X cần 1,12 lít O2(đktc), dẫn toàn bộ sản phẩm thu được qua bình 1 đựng P2O5khan và bình 2 đựng Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình

1 tăng 0,9 gam, bình 2 tăng 2,2 gam Công thức phân tử của X là:

A C2H4O B C3H6O C C3H6O2 D C2H4O2

Ví dụ13: Cho 20,2 gam hỗn hợp 2 ancol tác dụng vừa đủvới K thấy thoát ra 5,6 lít H2(đktc) và khối lượng muối thu được là:

A 3,92 gam B 29,4 gam C 32,9 gam D 31,6 gam

Ví dụ14: Xà phòng hoá chất hữu cơX đơn chức được 1 muối Y và ancol Z Đốt cháy hoàn toàn 4,8 gam Z cần 5,04 lít O2(đktc) thu được lượng CO2 sinh ra nhiều hơn lượng nước là 1,2 gam Nung muối Y với vôi tôi xút thu được khí T có tỉ khối hơi đối với H2 là 8 Công thức cấu tạo của X là:

Ví dụ15: Đốt cháy hoàn toàn 4,3 gam một axit cacboxylic X đơn chức thu được 4,48lít CO2 (đktc) và 2,7 gam H2O Số mol của X là:

A 0,01mol B 0,02 mol C 0,04 mol D 0,05 mol

Ví dụ16: Đốt cháy hoàn toàn x gam hỗn hợp X gồm propan, buten-2, axetilen thu được 47,96g CO2và 21,42g H2O Giá trịX là:

A 15,46 B 12,46 C 11,52 D 20,15

Ví dụ17: Đun nóng 5,14 gam hỗn hợp khí X gồm metan, hiđro và một ankin với xúc tác Ni, thu được hỗn hợp khí Y Cho hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch brom dưthu được 6,048 lít hỗn hợp khí Z (đktc) có tỉkhối đối với hiđro bằng 8 Độ tăng khối lượng dung dịch brom là:

A 0,82 gam B 1,62 gam C 4,6 gam D 2,98 gam

Ví dụ18: Hoà tan hoàn toàn 8,9 gam hỗn hợp 2 kim loại bằng dung dịch HCl dư được 4,48 lít (đktc) Cô cạn dung dịch thu được sau phản ứng thì lượng muối khan thu được là:

A 23,1 gam B 46,2 gam C 70,4 gam D 32,1 gam

Ví dụ19 Hoà tan hoàn toàn 15,9 gam hỗn hợp gồm 3 kim loại Al, Mg và Cu bằng dung dịch HNO3thu được 6,72 lít khí NO (sản phảm khửduy nhất) và dung dịch X Cô cạn cẩn thận dung dịch X thì lượng muối khan thu được là bao nhiêu?

A 77,1 gam B 71,7 gam C 17,7 gam D 53,1 gam

PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ

I PHƯƠNG PHÁP GIẢI

- Nguyên tắc chung của phương pháp là dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố (BTNT); “Trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tốluôn được bảo toàn”

Điều này có nghĩa là: “Tổng sốmol nguyên tửcủa một nguyên tốX bất kỳtrước và sau phản ứng

là luôn bằng nhau”

- Điểm mấu chốt của phương pháp là phải xác định được đúng các hợp phần có chứa nguyên tốX ở trước và sau phản ứng, áp dụng ĐLBT nguyên tốvới X để rút ra mối quan hệ giữa các hợp phần từ đó đưa ra kết luận chính

II CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP

Dạng 1 Từ nhiều chất ban đầu tạo thành một sản phẩm

Từ dữ kiện đề bài →sốmol của nguyên tốX trong các chất đầu → tổng số mol trong sản phẩm tạo thành →số mol sản phẩm

- Hỗn hợp kim loại và oxit kim loại →hyđroxit kim loại →oxit

- Al và Al2O3+ các oxit sắt hỗn hợp rắn →hyđroxit →Al2O3+ Fe2O3

⇒ nAl2O3 (cuối)= nAl /2+ nAl2O3 (đầu); nFe2O3 (cuối)=∑nFe (đầu)/2

Dạng 2 Từ một chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm

Từ dữ kiện đề bài →tổng số mol ban đầu, số mol của các hợp phần đã cho →số mol của chất cần xác định

- Axit có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4 đặc, nóng) Muối + khí

⇒ nX(axit) = nX(muối) + nX(khí) (X: N hoặc S)

- Khí CO2 (hoặc SO2) hấp thụvào dung dịch kiềm:

nCO2 →nCO32- +n HCO3- ; nSO2 →nSO32- +n HSO3

Tính lưỡng tính của Al(OH)3

Al3+ + OH- → Al(OH)3 + [Al(OH)4]- [Al(OH)4]- → Al(OH)3 +Al3+

⇒ ΣnAl3+ = nAl(OH)3 + n[Al(OH)4]- Σn[Al(OH)4]- = nAl3+ + nAl(OH)3

- Hỗn hợp các oxit kim loại + CO (H2) → hỗn hợp chất rắn + CO2(H2O)

Theo định luật bảo toàn nguyên tốvới O:

* Khi H = 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + n(hỗn hợp khí sau) = nO (rắn) + nhỗn hợp khí trước

* Khi H < 100%: nO (oxit) = nO (rắn) +

- Bài toán cracking ankan: Ankan X hỗn hợp Y

Mặc dù có những biến đổi hóa học xảy ra trong quá trình cracking, và Y thường là hỗn hợp phức tạp (có thể có H2), do phản ứng cracking xảy ra theo nhiều hướng, với hiệu suất

H < 100% Nhưng ta chỉquan tâm đến sự bảo toàn nguyên tố đối với C, H từ đó dễ dàng xác định được tổng lượng của 2 nguyên tố này

Dạng 3 Từ nhiều chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm

Trong trường hợp này không cần thiết phải tìm chính xác số mol của từng chất, mà chỉ quan tâm đến hệ thức: ΣnX(đầu) =ΣnX(cuối) Tức là chỉ quan tâm đến tổng số mol của nguyên tốtrước và sau phản ứng Nếu biết ΣnX(đầu) ⇒ ΣnX(cuối) và ngược lại

Dạng 4 Bài toán đốt cháy trong hóa hữu cơ

Xét bài đốt cháy tổng quát: CxHyOzNt+ O2 →CO2+ H2O + N2

Theo ĐLBT nguyên tố : nC= nCO2 ;nH = 2nH2O; nN = 2nH2

⇒nO = 2nCO2 + nH20 -2nO2

Phương pháp bảo toàn khối lượng nguyên tốvới O được sửdụng rất phổ biến trong các bài toán hóa hữu cơ

* Chú ý: Đối với trường hợp đốt cháy hợp chất hữu cơchứa Nitơ bằng không khí, lượng nitơ

thu được sau phản ứng là:

nN2(sau pư) = nN2(từ pư cháy) + nN2(kk)

Để áp dụng tốt phương pháp BTNT, cần chú ý một số điểm sau:

* Hạn chế viết phương trình phản ứng mà thay vào đó nên viết sơ đồphản ứng (sơ đồ hợp thức, có chú ý hệ số) biểu diễn các biến đổi cơ bản của các nguyên tố quan tâm

* Đề bài thường cho (hoặc qua dữ kiện bài toán sẽ tính được) số mol của nguyên tố quan tâm,

từ đó xác định được lượng (mol, khối lượng) của các chất

III CÁC VÍ DỤ

Ví dụ1: Hoà tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe2O3 vào dung dịch HCl dư được dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với NaOH dư thu được kết tủa Lọc kết tủa, rửa sạch đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Y Giá tri của m

là

A 16,0 B 30,4 C 32,0 D 48,0

Ví dụ2: Đun nóng hỗn hợp bột X gồm 0,06 mol Al, 0,01 mol Fe3O4, 0,015 mol Fe2O3và 0,02 mol FeO một thời gian Hỗn hợp Y thu được sau phản ứng được hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl dư, thu được dung dịch Z Thêm NH3 vào Z cho đến dư, lọc kết tủa T, đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Giá trịcủa m là

A 6,16 B 6,40 C 7,78 D 9.46

Ví dụ3: Đốt cháy 9,8 gam bột Fe trong không khí thu được hỗn hợp rắn X gồm FeO, Fe3O4và Fe2O3 Để hoà tan X cần dùng vừa hết 500ml dung dịch HNO3 1,6M, thu được V lít khí NO (sản phẩm khửduy nhất, do ở đktc) Giá trị của V là

A 6,16 B 10,08 C 11,76 D 14,0

Ví dụ4: Lấy a mol NaOH hấp thụ hoàn toàn 2,64 gam khí CO2, thu được đúng 200ml dung dịch X Trong dung dịch X không còn NaOH và nồng độ của ion CO32- là 0,2M a có giá trị là :

A 0,06 B 0,08 C 0,10 D 0,12

Ví dụ5: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS2và y mol Cu2S vào axit HNO3(vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO Tỉ số x/y là

A 6/5 B 2/1 C 1/2 D 5/6

Ví dụ6: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm C3H8, C4H6, C5H10 và C6H6 thu được 7,92 gam CO2và 2,7 gam H2O, m có giá trị là

A 2,82 B 2,67 C 2,46 D 2,31

Ví dụ7: Tiến hành cracking ở nhiệt độ cao 5,8 gam butan Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí X gồm CH4 , C2H6, C2H4, C3H6và C4H10 Đốt cháy hoàn toàn X trong khí oxi dư, rồi dẫn toàn bộsản phẩm sinh ra qua bình đựng H2SO4 đặc Độ tăng khối lượng của bình H2SO4 đặc là

A 9,0 gam B 4,5 gam C 18,0 gam D 13,5 gam

Ví dụ8: Đốt cháy hoàn toản 0,1 mol anđehit đơn chức X cần dùng vừa đủ12,32 lít khí

O2(đktc), thu được 17,6 gam CO2, X là anđehit nào dưới đây?

A CH=C-CH2-CHO B CH3-CH2-CH2-CHO

C CH2=CH-CH2-CHO D CH2=C=CH-CHO

Ví dụ9: X là một ancol no, mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol X cần 5,6 gam oxi, thu được hơi nước và 6,6 gam CO2 Công thức của X là

A C2H4(OH)2 B C3H7OH C C3H6(OH)2 D C3H5(OH)3

Ví dụ10: Đốt cháy hoàn toàn m gam một amin đơn chức X bằng lượng không khí vừa đủ thu được 1,76 gam CO2; 1,26 gam H2O và V lít N2(đktc) Giả thiết không khí chỉ gồm N2 và O2 trong đó oxi chiếm 20% về thể tích Công thức phân tửcủa X và thể tích V lần lượt là

A X là C2H5NH2; V = 6,72 1ít B X là C3H7NH2; V = 6,944 1ít

C X là C3H7NH2; V = 6,72 1ít D X là C2H5NH2; V = 6,944 1ít