Phương pháp bảo toàn nguyên tố

Nguyên tắc chung  Nguyên tắc chung của phương pháp này là dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố: “ Trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo toàn” Điều này c

Trang 1

CHỌN LỌC-ĐẦY ĐỦ-CHẤT LƯỢNG

http://hoahoc.edu.vn ─ http://luuhuynhvanlong.com

“Học Hĩa bằng sự đam mê”

Thầy LƯU HUỲNH VẠN LONG

(Giảng viên Trường ĐH Thủ Dầu Một – Bình Dương)

Phương pháp Bảo toàn nguyên tố

Khơng tức giận vì muốn biết thì khơng gợi mở cho

Khơng bực vì khơng hiểu rõ được thì khơng bày vẽ cho

Khổng Tử

Trang 2

I NỘI DUNG PHƯƠNG PHÁP

1 Nguyên tắc chung

 Nguyên tắc chung của phương pháp này là dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố:

“ Trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo toàn”

Điều này có nghĩa là:

Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kì trước và sau phản ứng luôn luôn bằng nhau

 Điểm mấu chốt của phương pháp là phải xác định được đúng các hợp phần chứa nguyên tố X

ở trước và sau phản ứng rồi áp dụng ĐLBT nguyên tố với X để rút ra mối quan hệ giữa các hợp phần

→ Kết luận cần thiết

2 Các trường hợp áp dụng và một số chú ý quan trọng

Phương pháp bảo toàn nguyên tố có thể áp dụng cho hầu hết các dạng bài tập, đặc biệt là các dạng bài hỗn hợp nhiều chất, xảy ra biến đổi phức tạp Dưới đây là một số dạng bài tập tiêu biểu:

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

Từ dữ kiện đề bài ta tính số tổng mol nguyên tố X trong các chất ban đầu → tổng số mol X trong sản phẩm tạo thành → số mol sản phẩm:

Cho hỗn hợp A gồm các chất rắn Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 ta hoàn toàn trong dung dịch HCl, dung dịch thu được cho tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa, nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Tính m ?

Ta thấy, chất cuối cùng là Fe2O3 vậy nếu tính được tổng số mol Fe có trong A ta sẽ tính được

số mol Fe2O3

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

Dạng 3: Từ nhiều chất đầu tạo thành nhiều sản phẩm

Dạng 4: Bài toán đốt cháy trong hóa học hữu cơ

3 Một số chú ý để làm tốt phương pháp bảo toàn nguyên tố

Hạn chế viết phương trình phản ứng mà thay vào đó là viết sơ đồ hợp thức(chú ý đến hệ số) biểu diễn các biến đổi cơ bản của các nguyên tố cần quan tâm

 Đề bài thường cho số mol của nguyên tố quan tâm, từ đó xác định được số mol hay khối lượng của các chất

4 Các bước giải

Viết sơ đồ hợp thức

Rút ra các mối quan hệ về số mol của các nguyên tố cần xác định theo yêu cầu của đề bài trên cơ sở dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố

VÍ DỤ MINH HỌA

VÍ DỤ 1: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe2O3 vào dung dịch HCl dư thu được dung dịch A Cho dung dịch A tác dụng với NaOH dư thu được kết tủa Lọc kết tủa, rửa sạch sấy khô và nung trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn, m có giá trị là:

A 23 gam B. 32 gam C. 24 gam D. 42 gam

PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ

Trang 3

HƯỚNG DẪN GIẢI

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O HCl + NaOH → NaCl + H2O FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

Nhận xét: Trong m gam chất rắn có 0,1 mol Fe2O3 ban đầu Vậy chỉ cần tính lượng Fe2O3 tạo ra từ Fe theo mối quan hệ sau:

2Fe → Fe2O3

0,2(mol) → 0,1 (mol)

m = 0,2.160 = 32 (g)

→ Đáp án B

VÍ DỤ 2: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,27 gam bột nhôm và 2,04 gam bột Al2O3 trong dung dịch

NaOH dư thu được dung dịch X Cho CO2 dư tác dụng với dung dịch X thu được kết tủa Y, nung Y ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được chất rắn Z Biết hiệu suất các phản ứng đều đạt 100% Khối lượng của Z là:

Sơ đồ phản ứng :

2 3

Al(Al O , Z) Al(Al) Al(Al O , ®Çu)

Al(Al O , Z) Al O (Z)

Z Al O (Z)

Theo BTNT : n = n + n

n + 2 0,05 mol n 0,025 mol

m m 0,025.102 2,55 gam

→ Đáp án D

VÍ DỤ 3: Cho 11,2 gam Fe và 2,4 gam Mg tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư Sau phản ứng thu được dung dịch A và V lit khí H2(đktc) Cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch A thu được kết tủa B Lọc B nung trong không khí đến khối lượng không đổi được m (gam) chất rắn:

a/ V có giá trị là:

b/ Giá trị của m là:

Trang 4

Các phản ứng:

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

Mg + H2SO4 → FeSO4 + H2

FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2 + Na2SO4 MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 + Na2SO4 4Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3 + 4H2O Mg(OH)2 → MgO + H2O

→ V(H2) = 0,3.22,4 = 6,72 (lit)

→ Chọn D

b/ Dựa vào sự thay đổi chất đầu và chất cuối ta được sơ đồ hợp thức:

m = 0,1.160 + 0,1.40 = 20(g)

→ Chọn B

VÍ DỤ 4 : Đun nóng hỗn hợp bột gồm 0,06 mol Al, 0,01 mol Fe3O4, 0,015 mol Fe2O3 và 0,02 mol

FeO một thời gian Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư, thu được dung dịch X Thêm NH3 vào X cho đến dư, lọc kết tủa, đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Giá trị của m là:

Sơ đồ :



2 3

2 3 2 3

Al O Al Al O

Fe(®Çu)

Fe O (r¾n)

Al O Fe O

Theo BTNT : n n 0,03 mol m 0,03.102 = 3,06 gam

MÆt kh¸c : n n (0,01.3 + 0,015.2 + 0,02) 0,04 mol

m 0,04.160 = 6,4 gam

m m +m (r¾n)  3,06 + 6,4 9,46 gam 

→ Chọn A

VÍ DỤ 5 : Đốt cháy 6,72 gam bột Fe trong không khí thu được hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3

Để hòa tan X cần dùng vừa hết 255 ml dung dịch chứa HNO3 2M, thu được V lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc) Giá trị của V là:

Al

Fe3O4

Fe2O3

FeO

to HCl

r¾n

to AlCl3

FeCl2 FeCl3

NH3 Al(OH)3

Fe(OH)2 Fe(OH)3

Al2O3

Fe2O3

Trang 5

Sơ đồ biến đổi :

  



3 3

2 2

2

Fe(NO ) Fe

N(HNO ) N(Fe(NO ) ) N(NO ) N(NO ) N(HNO ) N(Fe(NO ) )

NO N(NO )

NO

6,72 Theo BTNT víi Fe: n n 0,12 mol

56 Theo BTNT víi N: n n n n n n

n n 0,255.2 0,12.3 0,15 mol

V V 0,15.22,4 3,360 lÝt

→ Chọn B

VÍ DỤ 6 : Thổi từ từ V lit hỗn hợp khí (đktc) gồm CO và H2 đi qua ống đựng 16,8gam hỗn hợp 3 oxit: CuO, Fe3O4, Al2O3 nung nóng, phản ứng hoàn toàn Sau phản ứng thu được m gam chất rắn và một hỗn hợp khí nặng hơn khối lượng của hỗn hợp V là 0,32 gam Tính V và m

Thực chất phản ứng khử các oxit trên là:

H2 + O → H2O Khối lượng hỗn hợp khí tạo thành nặng hơn hỗn hợp khí ban đầu chính là khối lượng của nguyên tử oxi trong các oxit tham gia phản ứng Do vậy:

0,02(mol)

16 

→ n(CO) + n(H2) = 0,02 (mol) → V(CO + H2) = 0,02.22,4 = 0,448 (lit)

Áp dụng ĐLBTKL:

m(oxit) = m(chất rắn) + 0,32 → m(chất rắn) = 16,8 – 0,32 = 16,48 (g)

→ chọn D

VÍ DỤ 7 : Thổi rất chậm 2,24 lit( đktc) một hỗn hợp khí gồm CO và H2 qua một ống sứ đựng hỗn hợp

Al2O3, CuO, Fe3O4, Fe2O3 có khối lượng là 24 gam dư đang được đun nóng Sau khi kết thúc phản ứng khối lượng chất rắn còn lại trong ống sứ là:

A 22,4g B. 11,2g C. 20,8g D 16,8g

Có thể làm nhanh:

m = 24 - 2,24 *16

22,4 = 22,4 (g)

→ Chọn A

VÍ DỤ 8 : Cho m gam một ancol no, đơn chức X qua bình đựng CuO dư, nung nóng Sau khi phản

ứng hoàn toàn, khối lượng chất rắn trong bình giảm đi 0,32g Hỗn hợp hơi thu được có tỉ khối đối với

H2 là 15,5 Giá trị m là:

Trang 6

CnH2n+1CH2OH + CuO → CnH2n+1CHO + Cu + H2O Khối lượng chất rắn trong bỡnh giảm chớnh là số gam nguyờn tử O trong CuO phản ứng Do đú:

mO = 0,32(g) → nO = 0,32

0,02(mol)

16 

→ Hỗn hợp hơi gồm: CnH2n+1CHO: 0,02 mol và H2O: 0,02 mol Vậy hỗn hợp hơi cú khối lượng là: m(hỗn hợp) = 31.0,04 = 1,24 (g)

Ta cú: m(ancol) + 0,32 = m(hỗn hợp) m(ancol) = 1,24 – 0,32 = 0,92 (g)

→ Đỏp ỏn A

VÍ DỤ 9 : Đốt chỏy hoàn toàn 4,04 gam một hỗn hợp bột kim loại gồm Al, Fe, Cu thu được 5,96 gam

hỗn hợp 3 oxit Hũa tan hết hỗn hợp 3 oxit bằng dung dịch HCl Tớnh thể tớch dung dịch HCl 2M cần dựng

Ta cú: mO = m(oxit) – m(kim loại) = 5,96 – 4,04 = 1,92 (g)

→ nO = 1,92

0,12(mol)

16 

Hũa tan hết hỗn hợp 3 oxit bằng dung dịch HCl thực chất chỉ là phản ứng:

2H+ + O2- → H2O 0,24 ← 0,12 mol

VHCl = 0,24

0,12( )

→ Đỏp ỏn C

Nếu cỏc em HS làm quen thỡ với bài tập này cỏc em nhẩm sẽ ra ngay kết quả

VÍ DỤ 10 : Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS2 và y mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu

được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khớ duy nhất NO Tỉ số của x/y là:







3

2 2 4 3

2

Do X chỉ có muối sunfat Sơ đồ biến đổi : 2FeS Fe (SO ) (1)

x 0,5x

dung dịc

Cu

h khô

S

ng còn gốc N

2CuSO

O



2+ 2

4

3+

(2)

y 2y Dung dịch chỉ có các ion : Fe , Cu và SO

→ Đỏp ỏn C

VÍ DỤ 11 : (TSĐH A 2007): Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khớ duy nhất NO Giỏ trị của

a là:

A 0,04 B 0,075 C 0,12 D 0,06

Trang 7

Ta có sơ đồ sau:

2 FeS2 -> Fe2(SO4)3

0,12(mol) → 0,06 (mol)

Cu2S -> 2CuSO4

a (mol) → 2a (mol)

Bảo toàn nguyên tố S nên: 0,12.2 + a = 0,06.3 + 2a → a = 0,06

→ chọn câu D

VÍ DỤ 12 : Cho 0,6 mol FexOy phản ứng nhiệt nhôm tạo ra 81,6g Al2O3.Công thức oxit sắt là:

A. FeO B Fe2O3 C Fe3O4 D. Không xác định được

Nhận xét: Al lấy oxi trong oxit sắt nên số mol nguyên tử O trong 2 oxit là bằng nhau

( tức là bảo toàn) nên: 0,6y = 81,6 *3

102 → y = 4 → Fe3O4

→ Chọn C

VÍ DỤ 13 : Cho tan hoàn toàn 8 gam hỗn hợp X gồm FeS và FeS2 trong 290 ml dung dịch HNO3 thu được khí NO và dung dịch Y Để tác dụng hết với các chất trong dung dịch Y cần 250 ml dung dịch Ba(OH)2 1M Kết tủa tạo thành đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi được 32,03 gam chất rắn Z Khối lượng mỗi chất trong X là:

FeS

FeS 2

Fe3+

SO4

2-BaSO4 Fe(OH)3

kk

toC

32,03g

Fe 2 O 3

x(mol) y(mol)

Nhận xét: Nguyên tố Fe và S được bảo toàn trong các quá trình phản ứng:

Bảo toàn Fe và S: 160

2

x y

Giải [1] và [2] → x = 0,05 mol ; y = 0,03 mol

→ m(FeS) = 88.0,05 = 4,4 (g) và m(FeS2) = 8 – 4,4 = 3,6 (g)

→ Chọn D

VÍ DỤ 14 : Cho 4,48 lit khí CO2(đktc) tác dụng hoàn toàn với 200 ml dung dịch NaOH 1,5M Tính khối lượng muối thu được?

2

CO

NaOH

4,48

22,4

n = 0,2.1,5 = 0,3 (mol)



Ta có:

2

NaOH CO

Trang 8

CO2 + NaOH

NaHCO3

Na2CO3

x (mol)

y (mol)

Thầy dùng phương pháp bảo toàn nguyên tố Cụ thể là:

Bảo toàn nguyên tố C : x + y = 0,2

Bảo toàn nguyên tố Na: x + 2y = 0,3

Giải được: x = y = 0,1 → m(muối) = m(NaHCO3) + m(Na2CO3)

= 0,1.84 + 0,1.106 = 19 (g) → Chọn C

VÍ DỤ 15 : (TSĐH A 2008): Hấp thụ hoàn toàn 4,48 lit CO2 (đktc) vào 500 ml dung dịch hỗn hợp gồm NaOH 0,1M và Ba(OH)2 0,2M sinh ra m gam kết tủa Giá trị của m là:

2

-CO

NaOH Ba(OH)

OH

4,48

n = 0,2(mol)

22,4

n = 0,5.0,1 = 0,05 (mol)

n = 0,5.0,2 = 0,1 (mol)

n = 0,05 + 0,2 = 0,25 (mol)



-2

OH

CO

CO2 + OH

-HCO3

-CO3

2-x (mol)

y (mol) Bảo toàn nguyên tố C : x + y = 0,2

Bảo toàn điện tích âm: x + 2y = 0,25

Giải hệ pt trên được: x = 0,15 và y = 0,05

Phản ứng tạo kết tủa: Ba2+ + CO32- → BaCO3↓

Số mol Ba2+(0,1 mol) > số mol CO32- (0,05 mol) → n(BaCO3) = n(CO32-) = 0,05 mol → m(BaCO3) = 0,05.197 = 9,85(g)

→ Chọn A

VÍ DỤ 16 : (TSCĐ Khối A – 2007) Cho 4,48 lít khí CO (ở đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng

8 gam một oxit sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20 Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là:

Trang 9

  





x y

khí sau khí trước

O(Fe O ) khí sau khí trước

4,48

22,4

2,4

16

0,1 mol 56

2 2 3 2

2 3

CO

0,15

0,2

→ Chọn B

VÍ DỤ 17 : TSCĐ Khối A – 2007) Đốt chỏy hoàn toàn một thể tớch khớ thiờn nhiờn gồm metan, etan,

propan bằng oxi khụng khớ (trong khụng khớ, oxi chiếm 20% thể tớch), thu được 7,84 lớt khớ CO2 (ở đktc) và 9,9 gam nước Thể tớch khụng khớ (ở đktc) nhỏ nhất cần dựng để đốt chỏy hoàn toàn lượng khớ thiờn nhiờn trờn là:

2 2 2

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

không khí

Theo BTNT với O :

1,25

2 14

20%

→ Chọn A

VÍ DỤ 18 : Đốt chỏy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm CH4, C3H6 và C4H10 thu được 4,4 gam CO2 và 2,52 gam H2O, m cú giỏ trị là:

Ta ỏp dụng bảo toàn C và H:

m + m =



Đáp án A

→ Chọn A

VÍ DỤ 19 : Đốt chỏy hoàn toàn 0,1 mol một axit cacboxylic đơn chức cần vừa đủ V lit O2(đktc), thu được 0,3 mol CO2 và 0,2 mol H2O Giỏ trị của V là:

Nhận xột: Axit cacboxylic đơn chức cú 2 nguyờn tử Oxi nờn ta cú thể đặt là RO2

Theo phương phỏp bảo toàn nguyờn tố Oxi:

Trang 10

nO(RO2) + nO(pư) = nO(CO2) + nO(H2O) 0,1.2 + nO(pư) = 0,3.2 + 0,2.1 → nO(pư) = 0,6 mol → n(O2) = 0,3(mol)

→ V(O2) = 0,3.22,4 = 6,72 (lit)

→ Chọn C

VÍ DỤ 20: Đốt chỏy hoàn toàn m gam hỗn hợp hai rượu đơn chức cựng dóy đồng đẳng cần dựng vừa

đủ V lớt khớ O2 (đktc), thu được 10,08 lớt CO2 (đktc) và 12,6 gam H2O Giỏ trị của V là:



2

H O CO

O(O )

rượu O(

O(C

r u)

O

ượ

Nhận xét :

Theo BTNT với O :

n n

2

) O(H O) O(rượu) O

1,35

2

→ Chọn C

VÍ DỤ 21 : Tiến hành crackinh ở nhiệt độ cao 5,8 gam butan Sau một thời gian thu được hỗn hợp khớ

X gồm CH4, C2H6, C2H4, C3H6 và C4H10 Đốt chỏy hoàn toàn X trong khớ oxi dư rồi dẫn toàn bộ sản phẩm sinh ra qua bỡnh đựng H2SO4 đặc Tớnh độ tăng khối lượng của bỡnh H2SO4 đặc là:

Cỏc phản ứng xảy ra:

C4H10  CHcrackinh 4 + C3H6

C4H10  Ccrackinh 2H6 + C2H4

CH4  COt C o 2 + 2H2O

C2H4

o

t C

 2CO2 + 2H2O

C2H6  2COt C o 2 + 3H2O

C3H6  3COt C o 2 + 3H2O

C4H10  4COt C o 2 + 5H2O Nếu em viết phương trỡnh rồi dựa vào để giải thỡ bài toỏn sẽ rất phức tạp

Nhận xột: Độ tăng khối lượng của bỡnh H2SO4 đặc chớnh là tổng khối lượng H2O sinh ra trong phản ứng đốt chỏy hỗn hợp X

Ta cú: nButan = 5,8

0,1(mol)

→ n(H2O) = 1

0,5( )

→ Đỏp ỏn A

VÍ DỤ 22: Đun núng 7,6 gam hỗn hợp A gồm C2H2, C2H4 và H2 trong bỡnh kớn với xỳc tỏc Ni thu được hỗn hợp khớ B Đốt chỏy hoàn toàn hỗn hợp B, dẫn sản phẩm chỏy thu được lần lượt qua bỡnh 1

Trang 11

đựng H2SO4 đặc, bỡnh 2 đựng Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bỡnh 1 tăng 14,4 gam Khối lượng tăng lờn ở bỡnh 2 là:

Sơ đồ phản ứng :



14,4

18

6,0

m

12

m + m

→ Đỏp ỏn D

VÍ DỤ 23 : Hỗn hợp khớ A gồm một ankan, một anken, một ankin và H2 Chia A thành 2 phần cú thể tớch bằng nhau rồi tiến hành thớ nghiệm sau:

Phần 1: Đem đốt chỏy hoàn toàn rồi dẫn sản phẩm chỏy lần lượt qua bỡnh 1 đựng H2SO4 đặc, bỡnh 2 đựng nước vụi trong dư Sau phản ứng cõn thấy khối lượng bỡnh 1 tăng 9,9 gam, bỡnh 2 tăng 13,2 gam

Phần 2: Dẫn từ từ qua ống đựng bột Ni nung núng thu được hỗn hợp khớ B Đốt hoàn toàn B

rồi rồi cho sản phẩm chỏy qua bỡnh đựng nước vụi trong dư thấy bỡnh tăng m gam Tỡm giỏ trị của m ?

Nhận xột: Vỡ 2 phần cú thể tớch bằng nhau nờn thành phần của chỳng là như nhau Và sản

phẩm đốt chỏy của 2 phần là hoàn toàn giống nhau Ở đõy phần 2 dẫn qua bột Ni nung núng → hỗn hợp B sau đú mới đem đốt chỏy B chỉ là một bước gõy nhiễu khiến HS bị rối vỡ thành cỏc nguyờn tố của B và phần 2 là hoàn toàn giống nhau Chớnh vỡ vậy khối lượng bỡnh nước vụi trong tăng chớnh là tổng khối lượng của nước và CO2 sinh ra trong thớ nghiệm 1:

mtăng = 9,9 + 13,2 = 23,1 (g)

→ Đỏp ỏn B

VÍ DỤ 24 : Đốt chỏy 5,8 gam chất M ta thu được 2,65 gam Na2CO3; 2,25 gam H2O và 12,1 gam

CO2 Biết CTPT của M trựng với cụng thức đơn giản nhất Cụng thức phõn tử của M là:



x y z t

x y z t 2 3 2 2

Gọi CTPT của M là C H O Na Sơ đồ cháy : C H O Na Na CO + H O + CO

O2

Ni B

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	709,83 KB