Phương pháp bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố trong giải bài tập hóa học phổ thông

Có nhiều cách khác nhau để giải một bài toán hoá học. Tuy nhiên với các bài toán có liên quan đến lượng chất phản ứng thì bảo toàn khối lượng là phương pháp phổ biến và tiện lợi thường được sử dụng. 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 nhiều biến đổi phức tạp.

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HÓA HỌC PHỔ THÔNG

CHỦ ĐỀ:

PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ

PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG, BẢO TOÀN

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

- Toán về kim loại hay oxit kim loại tác dụng với axit HCl hoặc H2SO4 loãng

- Toán về tính khối lượng xà phòng

- Toán về nhiệt phân (cacbonat, nitrat hay hiđroxit)

- Toán về tính khối lượng muối khi cho hỗn hợp axit tác dụng với bazơ

- Toán về nhiệt luyện ( khử CO, H2…)

Đặc biệt, nếu biết kết hợp định luật này với những định luật khác (thường là bảo toànnguyên tố) sẽ đẩy nhanh tốc độ tính toán lên nhiều lần

4- Lưu ý

Điều quan trọng nhất khi áp dụng phương pháp này đó là việc phải xác định đúnglượng 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)

Ngoại lệ: Do E=mc2 nên không thể áp dụng định luật này cho các phản ứng tỏa ranăng lượng lớn như là phản ứng của hạt nhân

5- Đánh giá phương pháp bảo toàn khối lượng

Phương pháp bảo toàn khối lượng cho phép giải nhanh được nhiều bài toán khi biếtquan 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 sửdụng phương pháp này càng giúp đơn giản hóa bài toán hơn

Phương pháp bảo tồn khối lượng thường được sử dụng trong các bài tốn nhiềuchất.

6- Các bước giải

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

- Từ giả thiết của bài tốn tìm mtrước msau

(khơng cần biết phản ứng là hồntồn hay khơng hồn tồn)

- Vận dụng định luật bảo tồn khối lượng để lập phương trình tốn học, kết hợp dữkiện khác để lập hệ phương trình tốn

- Giải hệ phương trình

7 - Các dạng tốn thường gặp

Hệ quả 1: Biết tổng khối lượng chất ban đầu  khối lượng chất sản phẩm

Phương pháp giải: m (đầu) = m( sau) ( khơng phụ thuộc hiệu suất phản ứng )

Ví dụ: Đốt cháy hết 9(g) kim loại Mg trong khơng khí thu được 15(g) hợp chất MgO.

Biết Mg cháy là phản ứng với oxi trong khơng khí Tính khối lượng oxi tham gia phảnứng

Hệ quả 2: Trong phản ứng cĩ n chất tham gia, nếu biết khối lượng của (n – 1) chất

thì ta dễ dàng tính khối lượng của chất cịn lại

Ví dụ: Thủy phân hồn tồn 14,6g Gly-Ala trong dung dịch NaOH dư, thu được m

(g) muối Giá trị của m là

n NaOH = 2.n peptit=0,2 mol m NaOH= 0,2 40 = 8 (g)

n H2O = n peptit=0,1 mol m H2O = 0,1 18 = 1,8 (g)

Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng:

m muối = m peptit + m NaOH - m H2O

m muối = 14,6 + 8 – 1,8

m muối = 20,8

 đáp án B

Hệ quả 3: Bài toán: Kim loại + axit  muối + khí

mmuối = mkim 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 SO4 2 H2

 Với axit H2SO4 đặc, nóng và HNO3: Sử dụng phương pháp ion – electron (xemthêm phương pháp bảo toàn electron hoặc phương pháp bảo toàn nguyên tố)

Ví dụ: Hoà tan hoàn toàn 25,12 gam hỗn hợp 3 kim loại Mg, Al, Fe trong dung dịch

HCl dư thu được 13,44 lít khí H2 (đktc) và m (gam) muối Tính khối lượng muối

Hướng dẫn giải:

Nếu giải theo cách thông thường ta phải viết 3 phương trình phản ứng, gọi 3 ẩn là sốmol của mỗi kim loại Tuy nhiên đề bài chỉ cho 2 dữ kiện là khối lượng của hỗn hợp vàthể tích khí H2 sinh ra Mặt khác đề bài yêu cầu tính tổng số gam muối thu được chứkhông phải khối lượng của mỗi muối MgCl2, AlCl3, FeCl2 riêng biệt

Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng

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

Sơ đồ: Oxit kim loại + (CO, H2)  rắn + hỗn hợp khí (CO2, H2O, H2, CO)

Bản chất là các phản ứng: CO + [O]  CO2

H2 + [O]  H2O

Ta có :n O nCO 2 nH O 2

suy ra mrắn = moxit - m[O]

Ví dụ 1: Khử m(g) hh A gồm các oxit CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4 bằng khí CO ở to caongười ta thu được 40(g) hh rắn X và 13,2 (g) khí CO2 Tìm khối lượng hỗn hợp A

II- Phương pháp bảo toàn nguyên tố

1-Nội dung

Dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố (BTNT): “ 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 kỳ trước

và sau phản ứng là luôn bằng nhau ”

Phải xác định được đúng các hợp phần có chứa nguyên tố X ở trước và sau phản ứng,

áp dụng ĐLBT nguyên tố với X để rút ra mối quan hệ giữa các hợp phần từ đó đưa ra kếtluận chính

5- Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Khử hoàn toàn 20,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 cần dùng 2,24 lít khí

CO (đktc) Khối lượng sắt thu được sau phản ứng là

A 18 g B 19 g C.19,5 g D 20 g

Hướng dẫn giải:

FeO + CO  Fe + CO2

Fe2O3 +3CO 2Fe + 3CO2

Theo bài: CO lấy oxi của oxit tạo thành CO2

Theo định luật bảo toàn nguyên tố : nO của oxit =nCO = 0,1 (mol)

mO của oxit= 0,1 16 = 1,6 (gam)

Khối lượng sắt thu được sau phản ứng là: 20,6 - 1,6 = 19 (gam) ⇒ Đáp án B

Ví dụ 2: Khử hết m gam Fe3O4 bằng CO thu được hỗn hợp A gồm FeO và Fe A tanvừa đủ trong 0,3 lít dung dịch H2SO4 1M Giá trị của m là

A 23,2 B 46,4 C.11,2 D 16,04

Hướng dẫn giải:

Fe3O4 (FeO, Fe)  3 Fe2+

n mol 3n

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, ta có:

nFe trong Fe3O4 = nFe trong FeSO4 = nSO42- = nH2SO4= 0,3 1 = 0,3

3 n = 0,3 1 n = 0,1 m Fe3O4=23,2 gam ⇒ Đáp án A

B- BÀI TẬP

I Trắc nghiệm

1 Phương pháp bảo toàn khối lượng

Câu 1: Hoà tan hoàn toàn 3,9 gam kali vào 36,2 gam nước được dung dịch có nồng độ

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

Câu 3: Cho 50 gam dung dịch BaCl2 20,8 % vào 100 gam dung dịch Na2CO3, lọc bỏ kếttủa 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

Câu5: Cho 15,6 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức, kế tiếp 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

Hướng dẫn giải:

2

Theo đề bài hỗn hợp rượu tác dụng với hết Na  Học sinh thường nhầm là: Na vừa đủ, do

đó thường giải sai theo hai tình huống sau:

Câu 6: Nung 14,2 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại hoá trị 2 được 7,6 gam

chất rắn và khí X Dẫn toàn bộ lượng khí X vào 100ml dung dịch KOH 1M thì khốilượng muối thu được sau phản ứng là

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

Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn x gam hỗn hợp X gồm propan, buten-2, axetilen thu được

47,96 gam CO2 và 21,42 gam H2O Giá trị x là

⇒ Đáp án A

Câu 10: 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

Hướng dẫn giải:

Cách 1: Gọi công thức chung của hai kim loại M, hóa trị n

2M + 2nHCl → 2MCln + nH2

0,4 ⃗ 0,2 (mol)

Theo ĐLBTKL: mkim loại + mHCl = mmuối + m H2

⇒ mmuối = 8,9 + 0,4 ¿ 36,5 – 0,2 ¿ 2 =23,1 gam ⇒ Đáp án A

Cách 2: mCl-muối = nH+ = 2.n H2 = 0,4 (mol)

mmuối = mkim loại + mCl-(muối) = 8,9 + 0,4 ¿ 35,5 = 23,1 gam ⇒ Đáp án A

Câu 11: Nung nóng 16,8 gam hỗn hợp Au, Ag, Cu, Fe, Zn với một luợng dư khí O2 đếnkhi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 23,2 gam chất rắn X Thể tích dung dịchHCl 2M vừa đủ để phản ứng với chất rắn X là

Câu 13: Hòa tan hoàn toàn 74 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 bằng dung dịch

H2SO4 loãng dư sinh ra 178 gam muối sunfat Nếu cũng cho 74 gam hỗn hợp X trên phản

ứng với lượng dư khí CO ở nhiệt độ cao và dẫn sản phẩm khí qua dung dịch nước vôitrong dư thì khối lượng (gam) kết tủa tạo thành là bao nhiêu? (các phản ứng xảy ra hoàntoàn)

74 gam

b=0,35(mol)152a+400b=178

A 71,4 gam B 23,8 gam C 86,2 gam D.119 gam

( Khám phá tư duy giải nhanh thần tốc - Nguyễn Anh Phong)c6

Câu 15: Đốt cháy hoàn toàn 2,76 gam hỗn hợp X gồm CxHyCOOH; CxHyCOOCH3 và

CH3OH thu được 2,688 lít CO2 (ở đktc) và 1,8 gam H2O Mặt khác, cho 2,76 gam hỗnhợp X phản ứng vừa đủ với 30 ml dung dịch NaOH 1M, thu được 0,96 gam CH3OH.Công thức của CxHyCOOH là

A C2H5COOH B CH3COOH

A 1,75 mol B 1,50 mol C 1,80 mol D 1,00 mol

( Khám phá tư duy giải nhanh thần tốc - Nguyễn Anh Phong)c15

Với phần 2:

BTKL -

BTDT 2-

4

Fe:1(mol)

35,5x+96y=111,9167,9 Cl :x(mol)

x+2y=2b=2,8

SO :y(mol)x=1,8(mol)y=0,5(mol)

Câu 17: Cho m gam bột Fe vào 200 ml dung dịch hỗn hợp A chứa H2SO4 1M, Fe(NO3)3

0,5M và CuSO4 0,25M Khuấy đều cho đến khi phản ứng kết thúc thu được 0,75m gamchất rắn Giá trị của m là

Câu 18: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm 2 ancol đa chức, mạch hở, có cùng

số nhóm -OH thu được 11,2 lít khí CO2 (đktc) và 12,6 gam H2O Mặt khác nếu cho mgam hỗn hợp X tác dụng với 10 gam Na thì sau phản ứng thu được a gam chất rắn Giá trịcủa a và m lần lượt là

nên các ancol trong X chỉ có 2 nhóm -OH.

trongX -OH

Na BTKL

BTKL

n =0,2.2=0,4

n = =0,434 23

m= m(C,H,O)=0,5.12+0,7.2+0,4.16=13,8 13,8 +10 = a+ 0, 2.2 a = 23, 4(gam)

A 21,3 B 28,4 C 7,1 D 14,2

( Khám phá tư duy giải nhanh thần tốc - Nguyễn Anh Phong)C21/82

Hướng dẫn giải:

Câu 21: Đốt cháy hoàn toàn 17,4 gam hỗn hợp Mg và Al trong khí oxi(dư) thu được 30,2

gam hỗn hợp oxit Thể tích khí oxi tham gia phản ứng là

Câu 22: Cho 3,68 gam hh gồm Al và Zn tác dụng với một lượng vừa đủ dung dịch

H2SO4 10% thu được 2,24 lít khí H2 (đkc) Khối lượng dung dịch thu sau phản ứng là

A 101,48 gam B 101,68 gam C 97,80 gam D 88,20 gam

A.C2H4O B C3H6O C C3H6O2 D C2H4O2

Hướng dẫn giải:

mbình 2 tăng = m CO , mbình 1 tăng = m H O

mX + mNaOH = mZ + m H O2 + mmuối

 mmuối = mX + mNaOH - mZ - m H O2

= 0,2.77 + 0,2.40 - 0,2.27,5 - 0,2.18 = 14,3gam

⇒ Đáp án D

Câu 25: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3

63% Sau phản ứng thu được dung dịch A và 11,2 lít khí NO2 duy nhất (đktc) Nồng độ

% các chất có trong dung dịch A là

A 36,66% và 28,48% B 27,19% và 21,12%

C 27,19% và 72,81% D 78,88% và 21,12%

Hướng dẫn giải:

Fe + 6HNO3Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

A KNO3 và KOH B KNO3, KCl và KOH.

C KNO3 và Cu(NO3)2 D KNO3, HNO3 và Cu(NO3)2

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

Hướng dẫn giải:

Câu 28: Cho một luồng CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3

đốt nóng Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được B gồm 4 chất nặng 4,784 gam Khi đi rakhỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 9,062 gam kết tủa Phầntrăm khối lượng Fe2O3 trong hỗn hợp là

Câu 29: Đốt cháy hoàn toàn 1,88 gam chất hữu cơ A (chứa C, H, O) cần 1,904 lít O2

(đktc) thu được CO2 và hơi nước theo tỉ lệ thể tích 4:3 Hãy xác định công thức phân tửcủa A Biết tỉ khối của A so với không khí nhỏ hơn 7

2 Phương pháp bảo toàn nguyên tố

Câu 1: 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3 tác dụng vừa đủ với 260 ml dungdịch HCl 1M thu được dung dịch X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kếttủa đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn m có giátrị là

A 7 B 7,5 C 8 D 9

Hướng dẫn giải:

7,65 gam hỗn hợp FeO, Fe3O4, Fe2O3→ m gam chất rắn Fe2O3 (a mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe, ta có:

H2SO4 đặc là

A 10 gam B 15 gam C 7 gam D 9 gam.

Hướng dẫn giải:

Sơ đồ : 0,1 mol C4H10 → hỗn hợp X → CO2 + a mol H2O

Bảo toàn nguyên tố H:

Câu 3: 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 0,32 gam Hỗn hợp hơi thuđược có tỉ khối đối với hiđro là 15,5 Giá trị của m là

A 0,92 B 0,32 C 0,64 D 0,46

Hướng dẫn giải:

CnH2n+1CH2OH + CuO → CnH2n+1CHO + Cu + H2O

Theo định luật bảo toàn nguyên tố: Ta có khối lượng chất rắn trong bình phản ứnggiảm chính là số gam nguyên tử O trong phản ứng.

H O H

Câu 6: Hòa tan hết m gam hỗn hợp A gồm Cu và 1 oxit sắt bằng 320 ml dung dịch HCl

1M( vừa đủ) Dung dịch thu được sau phản ứng chỉ chứa 2 muối là FeCl2 có khối lượng15,24 gam, và CuCl2 Xác định công thức của oxit sắt và giá trị m

CuCl trong oxit

O Fe

Câu 7: Y là một hỗn hợp sắt và 2 oxit của nó Chia Y làm 2 phần bằng nhau:

Phần 1: Đem hòa tan hết trong dung dịch HCl dư thu được dung dịch Z chứa a gamFeCl2 và 13 gam FeCl3

Phần 2: Cho tác dụng hết với 875 ml dung dịch HNO3 0,8M (vừa đủ) thu được 1,568lít khí NO ( đktc - spk duy nhất) Giá trị của a là

Câu 8: Hỗn hợp A gồm 112,2 gam Fe3O4, Cu và Zn Cho A tan hết trong dung dịch

H2SO4 loãng thì thấy có 1,7 mol axit phản ứng và có 2,24 lít khí (đktc) bay ra Sục NH3

dư vào dung dịch sau phản ứng thu được 114,8 gam kết tủa Mặt khác cho 112,2 gam Atác dụng hoàn toàn với 1,2 lít dung dịch hỗn hợp HCl và NaNO3 (d = 1,2 gam/ml) Saukhi các phản ứng xảy ra ta thu được dung dịch B, hỗn hợp khí C có 0,12 mol H2 Biết

rằng số mol HCl và NaNO3 phản ứng lần lượt là 4,48 mol và 0,26 mol % khối lượng củaFeCl3 trong B gần nhất với

3 4

H SO

H O H

Fe O

3 4

2 3

A 40 gam B 39 gam C 39,8 gam D 35 gam.

Hướng dẫn giải:

Các phương trình phản ứng xảy ra:

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

Fe3O4 + 8 HCl → FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2 + 2NaCl

FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3 + 3NaCl

4Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O → 4Fe(OH)3

2 Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

Fe2O3 (0,1 mol) và Fe3O4 (0,1 mol) → chất rắn D là Fe2O3 (a mol)

Bảo toàn nguyên tố Fe ta có:

Dung dịch A: FeSO4 và MgSO4

FeSO4 +2NaOH → Fe(OH)2 ↓+ Na2SO4

MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2 ↓+ Na2SO4

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 ↓

Câu 12: Đốt cháy hoàn toàn 4,04 gam một hỗn hợp bột kim loại gồm Al, Fe, Cu trong

không khí thu được thu được 5,96 gam hỗn hợp 3 oxit Hòa tan hết hỗn hợp 3 oxit bằngdung dịch HCl 2M thì phải dùng bao nhiêu lít

Y Giá tri của m là

Câu 16: Đốt cháy 9,8 gam bột Fe trong không khí thu được hỗn hợp rắn X gồm FeO,

Fe3O4 và Fe2O3 Để hoà tan X cần dùng vừa hết 500ml dung dịch HNO3 1,6M, thu được

V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, do ở đktc) Giá trị của V là

Theo BNTN với N: n NO = n HN O3 – 3 n Fe(N O3)3 = 0,5.1,6 – 3.0,175 = 0,275 mol

V = 0,275 22,4 = 6,16 lít

⇒ Đáp án A

Câu 17: Đun nóng hỗn hợp Cu và Fe có tỉ lệ khối lượng tương ứng 7:3 với một lượng

dung dịch HNO3 Khi các phản ứng kết thúc, thu được 0,75m gam chất rắn, dung dịch X

và 5,6 lít hỗn hợp khí (đkc) gồm NO và NO2 ( không có sp khử khác của N 5+) Biếtlượng HNO3 đã tham gia phản ứng là 44,1 gam Giá trị của m là

( Trích đề thi tuyển sinh Đại học khối B năm 2014)

FeBảo toàn nguyên tố oxi và hidro:

Số mol H2O sinh ra bằng số mol H2SO4 và bằng 0,75 mol

Bảo toàn nguyên tố O:

Câu 21: Khử hoàn toàn một oxit sắt X ở nhiệt độ cao cần vừa đủ V lít khí CO (ở dktc),

Sau phản ứng thu được 0,84 gam Fe và 0,02 mol khí CO2 Công thức của X và giá trị Vlần lượt là

Câu 22: 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 2 muối sunfat) và khí duy nhất NO) Giá trị a làA.0,04 B.0,075 C 0,12 D 0,06

(Trích đề thi tuyển sinh Đại học khối A năm 2007)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố S: 0,12.2 + a = 0,06.3 +2a

Suy ra a=0,06 mol

⇒ Đáp án D

Câu 23: Sục hết một lượng khí clo vào dung dịch hỗn hợp NaBr và NaI, đun nóng thu

được 2,34 gam NaCl Số mol NaBr và NaI đã phản ứng là

A 0,1 mol B 0,15 mol C 0,02 mol D 0,04 mol

Hướng dẫn giải:

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na ta có: