Chuyên đề Định luật bảo toàn khối lượng (Phương pháp và các dạng bài tập bảo toàn khối lượng)

Chuyên đề Định luật bảo toàn khối lượng bao gồm toàn bộ kiến thức lý thuyết, phương pháp và các dạng bài tập về bảo toàn khối lượng. Mời các bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây. Xem thêm các thông tin về Chuyên đề Định luật bảo toàn khối lượng tại đây

CHUYÊN ĐỀ : ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

A Phương pháp bảo toàn khối lượng

Vào khoảng đầu những năm 50 của thế kỷ XVIII, nhà bác học vĩ đại người Nga M.V Lômônôxốp (1711-1765) và Lavoadie (A.Lavoisier) người Pháp là những người đầu tiên phát hiện ra ĐLBTKL:

“Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất thamgia” Qua hơn 100 năm sau, định luật đã được hai nhà bác học là Stat kiểm tra lại vào những năm 1860-1870; Landon vào năm 1909 sử dụng cân với đọ chính xác 0,00001g

1.1 Nội dung của định luật:

1.2 Kinh nghiệm áp dụng định luật:

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng khi một phản ứng hoá học có n chất mà ta biết được khốilượng của (n - 1) chất (kể cả chất phản ứng và sản phẩm)

- Khi áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho một phản ứng thì phản ứng đó không cần cân bằng

mà chỉ cần quan tâm chất tham gia phản ứng và sản phẩm thu được

1.3 Công thức của định luật:

Xét phản ứng: A + B → C + D (1)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho pứ (1) có:

Trong đó: mA, mB lần lượt là phần khối lượng tham gia phản ứng của chất A, B

mC, mD lần lượt là khối lượng được tạo thành của chất C, D

1.4.Các dạng bài toán thường gặp

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

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

Hệ quả 2: 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 quả 3: Bài toán: Kim loại + axit  muối + khí

m = m + m

- 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

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

Hệ quả 3: 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

 n[O] = n(CO2) = n(H2O)  m = m - m[O]

1.5 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 khốilượng 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 phươngpháp này càng giúp đơn giản hóa bài toán hơn

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

1.6 Các bước giải.

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

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

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

rắn

oxit

trước sau

*Ví dụ 2: (Chuyên Vinh Lần 1 – 2014) Cho 7,6 gam hỗn hợp X gồm Mg và Ca phản ứng vừa đủ với

4,48 lít (đktc) hỗn hợp khí Y gồm Cl2 và O2 thu được 19,85 gam chất rắn Z chỉ gồm các muối clorua vàcác oxit kim loại Khối lượng của Mg trong 7,6 gam X là

A 2,4 gam B 1,8 gam C 4,6 gam D 3,6 gam

2 2

 *Ví dụ 4: Cho m gam hỗn hợp X gồm ancol benzylic, metanol, propenol và etylen glicol tác dụng hết với

Na thu được 1,344 lít khí H2 (đktc) Mặt khác, đốt cháy hoàn toàn m gam X thu được 6,048 lít khí CO2

(đktc) và 5,58 gam H2O Giá trị của m là

mdung dịch = mK + m H2O - m H 2 = 3,9 + 36,2 - 0,05 2 = 40 gamC%KOH = 0,14056  100% = 14%  Đáp án C

Ví dụ 2: Điện phân dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 và KCl với điện cực trơ đến khi thấy khí bắt đầu thoát

ra ở cả hai điện cực thì dừng lại thấy có 448 ml khí (đktc) thoát ra ở anot Dung dịch sau điện phân có thểhoà tan tối đa 0,8 gam MgO Khối lượng dung dịch sau điện phân đã giảm bao nhiêu gam (coi lượng H2Obay hơi là không đáng kể) ?

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

Giải:

CuSO4 + 2KCl  Cu + Cl2  + K2SO4 (1)

0,010,01Dung dịch sau điện phân hoà tan được MgO  Là dung dịch axit, chứng tỏ sau phản ứng (1)CuSO4 dư

% 100

Na 2 CO 3

Na 2 CO 3

CO 2

0,02  0,01  0,02 (mol)

Ví dụ 4: X là một  - aminoaxit, phân tử chứa một nhóm -NH2 và một nhóm -COOH Cho 0,89 gam Xphản ứng vừa đủ với HCl thu được 1,255 gam muối Công thức tạo ra của X là:

Ví dụ 5: 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:

 nrượu= 2n = 0,3 (mol)  rượu =150,,36 = 52  Đáp án B

Ví dụ 6: 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

Giải:

ĐLBTKL: mpropilen = mpolime = 122,680,4 42

% 100

% 70

= 2,205 gam  Đáp án B

Ví dụ 7: 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

(Trích đề thi tuyển sinh vào các trường Đại học, Cao đẳng khối B, 2008)

(RCOO)3C3H5 + 3NaOH 3RCOONa + C3H5(OH)3

Theo định luật bảo toàn khối lượng:

17,24 + 0,06.40= mxà phòng + 0,02.92  mxà phòng =17,80 gam

 Đáp án: A

Ví dụ 8: 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 thứcphân tử của X là:

A C2H5COOH B CH3COOH C HCOOH D C3H7COOH

(Trích đề thi tuyển sinh vào các trường Đại học, Cao đẳng khối B, 2008)

Giải:

RCOOH + KOH  RCOOK + H2O

RCOOH + NaOH  RCOONa + H2O

nNaOH = nKOH = 0,5.0,12 = 0,06 mol

ĐLBTKL: mX + mNaOH + mKOH = mrắn + m

 m = 1,08 gam  n = 0,06 mol

 nRCOOH = n = 0,06 mol  MX = R + 45 = 03,,6006 = 60  R = 15

 X: CH3COOH  Đáp án B

Ví dụ 9: 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 khối lượng muối thu được sau phản ứnglà:

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

Ví dụ 11: Đun 27,6 gam hỗn hợp 3 ancol đơn chức với H2SO4 đặc ở 140oC (H=100%) được 22,2 gam hỗnhợp các ete có số mol bằng nhau Số mol mỗi ete trong hỗn hợp là:

= 6ĐLBTKL: 27,6= 22,2 + m H2O  m H2O = 5,4 gam  n H2O = 0,3 mol

nH 2 O = n ete = 6nete  nmỗi ete = 0,3: 6 = 0,5 mol  Đáp án: D

Ví dụ 12: Đốt cháy hoàn toàn 0,025 mol chất hữu cơ X cần 1,12 lít O2 (đktc), dẫn toàn bộ sản phẩm thuđược qua bình 1 đựng P2O5 khan và bình 2 đựng Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình 1 tăng 0,9 gam, bình 2tăng 2,2 gam Công thức phân tử của X là:

ĐLBTKL: 20,2 + 39.0,5 = mmuối + 2.0,25  mmuối = 39,2 gam  Đáp án A

Ví dụ 14: Xà phòng hoá chất hữu cơ X 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 vớivôi tôi xút thu được khí T có tỉ khối hơi đối với H2 là 8 Công thức cấu tạo của X là:

Giải:

X + NaOH  muối Y + ancol Z  X: este đơn chức

RCOOR’ + NaOH  to RCOONa + R’OH

Ví dụ 17: 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 dư thu 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

Giải:

X   Ni,to Y    Br 2 Z

Nhận thấy: mkhí tác dụng với dung dịch brom = mkhối lượng bình brom tăng

mX = mY=mZ + mkhối lượng bình brom tăng

mkhối lượng bình brom tăng = mX - mZ = 5,14 - 622,048,4  8 2= 0,82 gam  Đáp án A

Ví dụ 18: 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

Theo ĐLBTKL: mkim loại + mHCl = mmuối +m H 2

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

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

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

Ví dụ 19 Hoà tan hoàn toàn 15,9 gam hỗn hợp gồm 3 kim loại Al, Mg và Cu bằng dung dịch HNO3 thuđược 6,72 lít khí NO (sản phảm khử duy nhất) và dung dịch X Cô cạn cẩn thận dung dịch X thì lượngmuối khan thu được là bao nhiêu?

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

Vì sản phẩm khử duy nhất là NO  n N O 3 (trong muối) = ne nhường (hoặc nhận) = 0,9 mol

(Xem thêm phương pháp bảo toàn e)

 mmuối = mcation kim loại + mNO 3 (trong muối) 15,9 + 0,962 = 71,7 gam

 Đáp án B

B.BÀI TẬP MINH HỌA:

Dạng 1: Xác định khối lượng của chất tham gia hoặc sản phẩm trong phản ứng hóa học dựa trên nguyên tắc trong phản ứng hóa học, dù các chất tham gia phản ứng là vừa đủ hay có chất dư thì tổng khối lượng của các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng của các chất tạo thành sau phản ứng (sản phẩm và chất dư nếu có):

m trước = m sau

Nếu sau phản ứng có chất tách khỏi môi trường do bay hơi hay kết tủa là không trùng trạng thái vật lý thì hệ quả trên vẫn không thay đổi nhưng:

m trước = m sau = m tan + m↓ + m↑.

BÀI 1: Khử 4,64g hỗn hợp X gồm FeO, Fe 3 O 4, Fe 2 O 3 có số mol bằng nhau bằng CO thu được chất rắn Y Khí thoát ra sau phản ứng được dẫn vào dung dịch Ba(OH) 2 dư thu được 1,79g kết tủa Khối lượng của chất rắn Y là:

 Nhận xét: Sử dụng phương pháp BTKL, dữ kiện “số mol bằng nhau” trong đề bài không cần sử

dụng vẫn cho ta kết quả đúng Nếu học sinh sử dụng dữ kiện trên và giải bài toán theo phương phápchính tắc là lí luận theo phương trình hóa học thì sẽ đưa bài toán đến bế tắc vì không có dữ liệu nào

cho biết hh X bị khử hoàn toàn hay không, sau phản ứng hh X còn hay hết Nhưng nếu lí luận theoĐLBTKL, hh X còn hay hết không quan trọng với việc tính toán; do đó giải quyết bài toán một cáchnhanh chóng.

BÀI 2: Nung 13,4g hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại của hóa trị II, thu được 6,8g chất rắn

và khí X Lượng khí X sinh ra cho hấp thụ vào 75ml dd NaOH 1M, khối lượng muối khan thu được sau phản ứng là (cho H =1, C =12, O =16, Na =23)

A 5,8g B 6,5g C 4,2g D 6,3g

Cách giải:

Gọi chung công thức hỗn hợp 2 muối: MCO3

0 t

NaOH CO

n T n

   → tạo muối NaHCO3 và dư CO2

BÀI 4: Cho 115g hỗn hợp gồm ACO 3 , B 2 CO 3 , R 2 CO 3 tác dụng hết với dd HCl thấy thoát ra 0,448l

CO 2 (đktc) Khối lượng muối clorua tạo ra trong dung dịch là:

Áp dụng ĐLBTKL: mmuối cacbonat + mHCl = mmuối clorua + mH O2 mCO2

→ mmuối clorua = mmuối cacbonat + mHCl - mH O2  mCO2

= 115 + 0,04 x 36,5 - 0,02 (18 + 44) = 115,22 (g)

→ Chọn đáp án A

BÀI 5: Hòa tan 3,28g hỗn hợp muối MgCl 2 và Cu( NO ) 3 2 vào nước được dung dịch A Nhúng vào dung dịch A một thanh Fe Sau một khoảng thời gian lấy thanh Fe ra cân lại thấy tăng thêm 0,8g Cô cạn dung dịch sau phản ứng thì thu được m gam muối khan Giá trị của m là:

A 4,24g B 2,48g C 4,13g D 1,49g

Cách giải: giải theo phương pháp bảo toàn khối lượng:

Áp dụng ĐLBTKL, ta có: sau một khoảng thời gian độ tăng khối lượng của thanh Fe bằng độ giảm khối lượng của dung dịch muối Vậy: m = 3,28 - 0,8 = 2,48 (g)

Chọn đáp án B

 Nhận xét: Chỉ với áp dụng ĐLBTKL, đã giải quyết bài toán nhanh gọn; nhưng điều này đòi

hỏi HS phải nắm vững định luật và biết phát hiện ra vấn đề

Dạng 2: Khi cation kết hợp với anion để tạo ra hợp chất như axit, oxit, hiđroxit, muối, thì ta luôn có:

khối lượng hợp chất = khối lượng các cation + khối lượng các anion

Thông thường để tính toán khối lượng các muối khan thu được trong dung dịch sau phản ứng

BÀI 6: Cho 1,04g hỗn hợp hai kim loại tan hoàn toàn trong dung dịch H 2 SO 4 loãng dư thoát ra 0,672 lít khí H 2 (đktc) Khối lượng hỗn hợp muối sunfat khan thu được sẽ là:

m  = 1,04 + 0,03 x 96 = 3,92 (g)Vậy chọn đáp án A

 Nhận xét :

- Nếu HS phát hiện được vấn đề của bài toán thì việc giải quyết bài toán này trở nên vô cùng đơn giản Nhưng nếu HS cứ áp dụng máy móc phương pháp giải truyền thống là đặt ẩn, giải hệ đưa đến một hệ phương trình nhiều ẩn số hơn số phương trình, do đó bài toán trở nên phức tạp Các dạng bài tập này có thể sử dụng để rèn luyện năng lực phát hiện vấn đề của HS

- Vận dụng định luật BTKL để tính khối lượng hợp chất sẽ được phát triển thêm, hình thành nên một phương pháp được ứng dụng phổ biến trong giải toán hóa học Đó là phương pháp tăng giảm khối lượng Do đó, các bài tập của phần vận dụng này được kết hợp giải quyết với phương pháp tăng giảmkhối lượng

Dạng 3: Tính lượng chất của một sản phẩm phản ứng

Bài 1: Lấy 13,4 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat KL hóa trị II đem hòa trong dung dịch HCl dư,nhận được

3,36 lit CO2(đktc) và dung dịch X.Tính khối lượng muối khan khi cô cạn dung dịch X

Và CO

2-3  2Cl

 mMCl2 = mM + mCl- = 13,4-0,15.60 + 0,3.35,5 = 15,05 g 0,15  0,3

Cách 2 (bảo toàn khối lượng theo phản úng)

Dạng 5: Khử oxit kim loại bằng CO hoặc H 2

Hỗn hợp rắn X gồm Fe 2 O 3 và FeO đem đốt nóng cho CO đi qua được hỗn hợp rắn Y và khí CO 2

Cách giải: Theo ĐLBT khối lượng m X + m CO =m Y + mCO2

Bài 1 Cho khí CO đi qua ống chứa 0,04 mol X gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng ,ta nhận được 4,784 gam chất rắn Y (gồm 4 chất ),khí đi ra khỏi ống dẫn qua dung dịch Ba(OH)2 dư thì nhận được 9,062 gam kết

tủa Vậy số mol FeO,Fe2O3 trong hỗn hợp X lần lượt là

A.0,01; 0,03 B.0,02; 0,02 C.0,03; 0,02 D.0,025 ; 0,015

Giải

CO + 0,04 mol h2X FeO x

Fe2O3 y  4,784g rắn Y(4 chất)

Dạng 6: Chuyển kim loại thành oxit kim loại

Bài 1 Lấy 14,3 gam hỗn hợp X gồm Mg,Al đem đốt trong oxi dư,sau khi phản ứng hoàn toàn thì nhận

được 22,3 gam hỗn hợp Y gồm 3 oxit Tính thể tích dung dịch HCl 2M tối thiểu cần dùng để hòa tan hỗn hợp Y

Dạng 7: Chuyển kim loại thành muối :

Bài 1: Lấy 10,2 gam hỗn hợp Mg và Al đem hòa tan trong H2SO4 loãng dư thì nhận dduwwocj 11,2 lít

H2 Tính khối lượng muối sunfat tạo thành

A 44,6 g B 50,8 g C 58,2 g D 60,4 g

Giải 10,2 g Mg H2SO4 loãng, dư

a mol Cu2S dd ( 2 muối khan)

23 

= 0,3 mol

mà nCr2O3=15152,2= 0,1 Cr2O3 + 2 Al  Al2O3 + 2 Cr

bđ 0,1 0,3

=0,2 0,2  0,4  mNa,K = 24,4 – 0,2.60 = 12,4 g

0,0150,0150,03  022,336,4 = 0,015

 m = 0,52 + 0,015.96 = 1,96 (g)

Bài 8: Hòa tan 10,14 g hợp kim Cu, Mg,Al bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl thu được 7,84 lít khí A

(đktc) và 1,54 g chất rắn B và dung dịch C.Cô cạn dung dịch C thu được m gam muối ,m có giá trị là A.33,45 B 33,25 C.32,99 D.35,58

Bài 9: Chia 1,24 g hỗn hợp 2 kim loại có hóa trị không đổi thành 2 phần bằng nhau Phần 1 bị oxi hóa hoàn toàn

thu được 0,78 g hỗn hợp oxit Phần 2 tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 loãng thu được V lít H2(đktc) và dd X.Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan

a)Giá tri của V là

A.2,24 lít B.0,112 lít C.5,6 lít D.0,224 lít

b) Giá tri của m là

A.1,58 g B.15,8 g C.2,54 g D 25,4 g

Giải

a)Khối lượng mỗi chất trong X là

A.3,6 g FeS và 4,4 g FeS2 B 4,4 g FeS và 3,6g FeS2

C 2,2 g FeS và 5,8 g FeS2 D 4,6 g FeS và 3,4 g FeS2

b)Thể tích khí NO(đktc) thu được là

FeS2 y nS= x + 2y nBaSO4 = x + 2y

 Ta có hệ phương trình 88x + 120y = 8  88x + 120y = 8  x= 0,05

160.0,5(x +y) + 233(x + 2y) = 32,03 313x + 546y = 32,03 y= 0,03

( Lưu ý:kiểm tra xem trong ddY có HNO 3 dư không)

Theo trên ddY Fe3+