Hoá bảo toàn nguyên tố (tài liệu hay, khó tìm)

Cơ sở và đặc điểm của phương pháp - Tổng số mol nguyên tử của nguyên tố X phản ứng bằng tổng số mol nguyên tử X sau phản ứng II.. Phân loại: 1.Các phản ứng đốt cháy chất hữu cơ Nếu bài t

Bảo toàn nguyên tố

I Cơ sở và đặc điểm của phương pháp

- Tổng số mol nguyên tử của nguyên tố X phản ứng bằng tổng số mol nguyên tử

X sau phản ứng

II Phân loại:

1.Các phản ứng đốt cháy chất hữu cơ

Nếu bài toán là bài toán đốt cháy chất hữu cơ có các đặc điểm:

+ Tất cả số liệu của đề bài được cho dưới dạng thể tích hoặc số mol

+ Đề bài cho số liệu về oxi  bảo toàn nguyên tố oxi

 Chú ý:

- Nếu hợp chất hữu cơ chứa kim loại khi đốt cháy tạo muối cacbonat và CO2

 Số mol C bằng số mol C trong CO2 và C trong muối cacbonat

- Nếu hợp chất hữu cơ chứa nitơ khi đốt cháy trong không khí tạo khí N2 thì khi bảo toàn nguyên tố thì số mol Nito bằng số mol nito trong hợp chất và trong không khí

1 Các quá trình chuyển hóa nhóm chức:

R-CH2OH  RCHO  RCOOH

Ankan   Anken

Ancol   Anken

 Nguyên tố C được bảo toàn

Ankan cracking

  Ankan + anken III Ví dụ

Ví dụ 1: Đốt cháy 10 cm3 tác dụng với 80cm3 sau khi loại nước còn lại 65cm3 hỗn hợp trong đó có chứa 25cm3 oxi dư Biết các thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn Thể tích ở điều kiện tiêu chuẩn Công thức phân tử của hợp chất là:

A C4H6 B C4H8 C C4H10 D C5H12

Giải:

10CxHy + 80 O2  25O2 dư + 40CO2 + 5yH2O

Bảo toàn nguyên tố: C 10x = 40  x = 4

O 80.2 = 25.2 + 80 + 5y  y = 6

Vậy hợp chất là C4H6

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol andehit X đơn chức thẳng thu được 12,32 lít O2 ở điều kiện tiêu chuẩn thu được 17,6 gam CO2 Công thức phân tử của X là:

A CH C-CH2-CHO B CH3(CH2)2-CHO

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

Giải:

Ta có nO2 = 0,55 mol và nCO2 = 0,4 mol

Từ giả thuyết: 0,1CxHyO + 0,55O2  0,4 CO2 +… H2O

Bảo toàn nguyên tố oxi ta có : 0,1 + 0,55.2 = 0,4.2 + nH2O  nH2O = 0,4 mol Bảo toàn nguyên tố cacbon ta có: 0,1x = 0,4  x = 4

Bảo toàn nguyên tố Hidro ta có: 0,1y = 2.0,4  y = 8

Vậy đáp án B

Ví dụ 3: Trung hòa axit cacboxylic A bằng NaOH vừa đủ Dung dịch sau phản ứng cô cạn thu được muối khan Cho muối khan tác dụng với oxi tạo 7,92 gam

CO2, 6,36 gam Na2CO3 và nước Công thức phân tử của X là :

C2H5COOH

Giải:

nCO2 = 0,18 mol; nNa2CO3 = 0,06 mol

Sơ đồ hóa CxHyCOOH  CxHyCOONa  Na2CO3 + CO2 + H2O

Bảo toàn nguyên tố C: nC(A) = nC(Na2CO3) + nC(CO2) = 0,24 mol

Bảo toàn nguyên tố Na: nNaOH = 2nNa2CO3 = 0,12 mol = nA  Số C(A) = 0,24/0,12 = 2  A là CH3COOH

Ví dụ 4: Đốt cháy m gam amin đơn chức X bằng không khí vừa đủ thu được 1,76 gam CO2 và 1,26 gam H2O, V lít N2 Công thức phân tử của X và giá trị của

V

A C2H5NH2 ; 6,72 lít B C3H7NH2 6,944 lít

C.C3H7NH2 6,72 lít D C2H5NH2 ; 6,94 lít

Giải:

Ta có nH2O = 0,07 mol; nCO2 = 0,04 mol

Ta có 1,25<nH2O/nCO2 = (2n+3)/2n  n = 2  C2H7N  namin = 0,02 mol

 nN2 = 0,01 mol

Bảo toàn nguyên tố oxi ta có nO2 = 0,5.( 0,04.2 + 0,07) = 0,075

Vậy tổng số mol N2 là 0,01 + 0,075.4 = 0,31 mol  V = 6,944 lít

Ví dụ 5; 5,8 gam C4H10 cracking thu được hỗn hợp X ( CH4; C2H6; C2H4; C3H6;

C4H10 dư) Đốt cháy X rồi cho sản phẩm qua bình đựng H2SO4 đặc Khối lượng bình tăng lên là:

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

Giải

Bảo toàn nguyên tố ta có nC,H trong X = nC,H trong C4H10

 Sản phẩm đốt cháy X bằng sản phẩm khi đốt cháy C4H10

 nH2O = 5nC4H10 = 0,5 mol hay 9 gam

Đáp án A

Ví dụ 6: Hỗn hợp X gồm hai ancol A,B tách nước thu được hỗn hợp Y gồm các olefin Đốt cháy X thu được 1,76 gam CO2 Đốt cháy Y thu được tổng khối lượng CO2 và H2O là:

Giải:

Ancol(X)  olefin(Y)

Ta có nC(ancol) = nC ( olefin) = 0,04 mol = nCO2(olefin cháy)

Khi đốt cháy olefin thu được lượng CO2 và H2O bằng nhau

Vậy mCO2 + mH2O = 0,04 (44 + 18) = 2,48 gam

Đáp án B

II Bài tập làm thêm

Bài 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm CH4, C3H6 và C4H10 thu được 4,4 gam CO2 và 2,52 gam H2O m có giá trị là:

A 1,48 gam B 2,48 gam C 14,8 gam

D 24 gam

Hướng dẫn giải

Bảo toàn nguyên tố C và H ta có khối lượng của X chính bằng khối lượng của C trong CO2 và khối lượng của H trong H2O

Đáp án A

Bài 2: Cho m gam một ancol (rượu) no, đơn chức X qua bình đựng CuO (dư),

nung nóng Sau khi phản ứng hoàn toàn, khối lượng chất rắn trong bình giảm 0,32 gam Hỗn hợp hơi thu được có tỉ khối đối với hiđro là 15,5 Giá trị của m là

A 0,92 gam B 0,32 gam C 0,64 gam

D 0,46 gam

Hướng dẫn giải

CnH2n+1CH2OH + CuO to

  CnH2n+1CHO + Cu + H2O

Khối lượng chất rắn trong bình giảm chính là số gam nguyên tử O trong CuO phản ứng Do đó nhận được: mO = 0,32 gam  O

0,32

16

 Hỗn hợp hơi gồm: n 2n 1

2

C H CHO : 0,02 mol









Vậy hỗn hợp hơi có tổng số mol là 0,04 mol

Có = 31

 mhh hơi = 31  0,04 = 1,24 gam

mancol + 0,32 = mhh hơi

mancol = 1,24  0,32 = 0,92 gam Đáp án A

Chú ý: Với rượu bậc (I) hoặc rượu bậc (II) đều thỏa mãn đầu bài

Bài 3: Chia hỗn hợp 2 anđehit no đơn chức thành 2 phần bằng nhau:

- Đốt cháy hoàn toàn phần 1 thu được 0,54 gam H2O

- Phần 2 cộng H2 (Ni, to ) thu được hỗn hợp A

Nếu đốt cháy hoàn toàn A thì thể tích khí CO2 thu được (đktc) là:

A 0,112 lít B 0,672 lít C 1,68 lít D 2,24 lít

Hướng dẫn giải

P1: hỗn hợp là anđehit no đơn chức  

Theo định luật bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng

1

2 2

2

CO

Đáp án B

Bài 4: Tách nước hoàn toàn từ hỗn hợp X gồm 2 rượu A và B ta được hỗn hợp

M

Y gồm các olefin Nếu đốt cháy hoàn toàn X thì thu được 1,76 gam CO2 Vậy khi đốt cháy hoàn toàn Y thì tổng khối lượng nước và CO2 tạo ra là:

A 2,94 gam B 2,48 gam C 1,76 gam D 2,76 gam

Hướng dẫn giải

2

H O

Mà khi O 2

Y  số mol CO2 = nH O 2 = 0,04 mol



mCO 2 H O 2 1,76 ( 0, 04 x18) 2,47(g) 

Đáp án B

Bài 5: Hỗn hợp X gồm rượu no đơn chức A và 1 axit no đơn chức B Chia thành

2 phần bằng nhau

- Phần 1: Bị đốt cháy hoàn toàn thấy tạo ra 2,24 lít CO2 (đktc)

- Phần 2: Được este hóa hoàn toàn và vừa đủ thu được 1 este

Khi đốt cháy este này thì lượng nước sinh ra là:

A 1,8 gam B 3,6 gam C 19,8 gam D 2,2 gam

Hướng dẫn giải

P1: 

2

CO

Theo định luật bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng

Este no, đơn chức  2 2  2  

O

2

H O

Đáp án A

Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một axit cacbonxylic đơn chức cần vừa đủ V

lít O2 (đktc),

thu được 0,3 mol CO2 và 0,2 mol H2O Giá trị của V là

A 8,96 lít B 11,2 lít C 6,72 lít D 4,48 lít

Hướng dẫn giải

Axit cacbonxylic đơn chức có 2 nguyên tử Oxi nên có thể đặt là RO2 Vậy theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có

O ( RO ) O (CO ) O (CO ) O ( H O)

0,12 + nO (p.ư) = 0,32 + 0,21

 nO (p.ư) = 0,6 mol

 

 V O 2  6,72lít

Đáp án C

Bài 7: Đun hai rượu đơn chức với H2SO4 đặc, 140oC được hỗn hợp ba ete Lấy 0,72 gam một trong ba ete đem đốt cháy hoàn toàn thu được 1,76 gam CO2 và 0,72 gam H2O Hai rượu đó là

A CH3OH và C2H5OH B C2H5OH và C3H7OH

C C2H5OH và C4H9OH D CH3OH và C3H5OH

Hướng dẫn giải

Đặt công thức tổng quát của một trong ba ete là CxHyO, ta có:

C

0,72

44

0,72

18

 mO = 0,72  0,48  0,08 = 0,16 gam

0,48 0,08 0,16

x : y :1 : :

2

O

n

m o

 Công thức phân tử của một trong ba ete là C4H8O

Công thức cấu tạo là CH3OCH2CH=CH2

Vậy hai ancol đó là CH3OH và CH2=CHCH2OH

Đáp án D

Bài 8: Đốt cháy 1 lít hơi hiđrocacbon với một thể tích không khí (l ượng dư) Hỗn hợp khí thu được sau khi hơi H2O ngưng tụ có thể tích là 18,5 lít, cho qua dung dịch KOH dư còn 16,5 lít, cho hỗn hợp khí đi qua ống đựng photpho dư thì còn lại

16 lít Xác định CTPT của hợp chất tr ên biết các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất và O2 chiếm 1/5 không khí, còn lại là N2

A C2H6 B C2H4 C C3H8 D C2H2

Hướng dẫn giải

Theo giả thiết ta có : VCO2 = 2 lít; VO2 dư = 0,5 lít; VN2 = 16 lít 

VO2 ban đầu = 4 lít Ta có sơ đò phản ưgns

CXHy + O2  CO2 + H2O + O2 dư + N2

1 lít 4 2 a 0,5

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố với các nguyên tố C, H, O ta

có

x = 2; y = 6; a = 3

Vậy hidrocacbon là C2H6

Bài 9: Cho 0,5 lít hỗn hợp gồm hiđrocacbon và khí cacbonic vào 2,5 lít oxi (l ấy dư) rồi đốt Thể tích của hỗn hợp thu được sau khi đốt là 3,4 lít Cho hỗn hợp qua thiết bị làm lạnh, thể tích hỗn hợp khí còn lại 1,8 lít và cho lội qua dung dịch KOH chỉ còn 0,5 lít khí Thể tích các khí được đo trong cùng điều kiện Tên gọi của hiđrocacbon là :

A propan B xiclobutan C propen D xiclopropan

Hướng dẫn giải

Theo giả thiết, ta có : VH2O = 1,6 lít; VCO2 = 1,3 lít; VO2 = 0,5 lít

Sơ đồ phản ứng

(CxHy + CO2 ) + O2  CO2 + H2O + O2 dư

a b 2,5 1,3 1,6 0,5

Áp dụng bảo toàn nguyên tố ta có

.2 2,5.2 1,3.2 1, 6.1 0,5.2 0, 4

a x b x

 

 Công thức của hidrocacbon là C3H8 Bài 10: Cho hỗn hợp khí X gồm CH3CHO và H2 đi qua ống sứ đựng bột Ni nung nóng Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp khí Y gồm hai chất Đốt cháy hết hết Y thu được 11,7 gam H2O và 7,84 lít CO2 (đktc) Phần trăm theo thể tích của H2 trong X là :

A 63,16% B 46,15% C 53,85% D 35,00%

Hướng dẫn giải

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta thấy : Thành phần nguyên tố trong hỗn hợp X và Y là như

nhau nên ta suy ra đốt cháy hỗn hợp Y cũng như đốt cháy hỗn hợp X

Phương trình phản ứng :

2CH3CHO + 5O2  4CO2 + 4H2O (1)

mol : 0,175 0,35 0,35

2H2 + O2  2H2O (2)

mol : 0,3 (0,65 – 0,35) = 0,3

Theo các phản ứng và giả thiết suy ra phần trăm thể tích của hiđro trong hỗn hợp là :% H2 = 0,3/ ( 0,175 + 0,3) = 63,16%