Phương pháp bảo toàn khối lượng (phần 1)

PHẦN 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.NỘI DUNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

Trong các phản ứng hóa học tổng khối lượng của các chất trước phản ứng luôn bằng tổng khối lượng các chất sau phản ứng.

Ví dụ 1:  Xét phản ứng tổng   A  +  B  -> C  + D  ( A, B là chất phản ứng , C, D là chất sản phẩm )
Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có : 

m _{A(phản ứng )} + m _{B(phản ứng ) =  m C(phản ứng )  + m D(phản ứng ) (1)}

Hoặc : m _{( Trước phản ứng)}  = m _{( sau phản) (2)}  

(Khi áp dụng công thức này ta không cần phải quan tâm tới việc A và B có phản ứng hết với nhau hay không , dù hết hay dư thì công thức (2) này luôn đúng .Công thức (2) thường dùng để giải quyết trường hợp khi không xác định được phản ứng có xảy ra hoàn toàn hay không hoặc khi khó xác định thành phần của các chất sau phản ứng .

Ví dụ 2:  Trộn 2,7 gam Al với 1,6 gam oxit sắt Fe_xO_y rồi thực hiện phản ứng nhiệt nhốm thu được m gam chất rắn .Tính giá trị của m.

Giải

Phân tích bài toán : Rõ ràng đề bài không đề cập đến phản ứng có hoàn toàn hay không cộng với  việc công thức oxit sắt chưa biết  làm cho chúng ta rất khó xác định thành phần của các chất sau phản ứng gây khó khăn cho chúng ta tính khối lượng m .Nếu chúng ta suy nghĩ như trên thì chúng ta đã mắc bẫy của bài toán vì thực chất chúng ta chỉ cần áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (Công thức 2) thì bài toán sẽ trỏ lên đơn giản vô cùng
Sơ đồ phản ứng : (2,7 gam Al + 1,6 gam oxit sắt Fe_xO_y)  -> m gam sản phẩm
=>m _{( Trước phản ứng)}  = m _{( sau phản)}  => m  = 2,7 + 1,6  = 4,3 gam

Ví dụ 3:  Đốt cháy hoàn toàn 4,3 gam hỗn hợp axitcaboxylic X  cần V lít khí O₂(đktc) thu được 4,48 lít CO₂ (đktc) và 2,7 gam H₂O. Tính thể tích khí oxi

Giải

Phân tích bài toán :Vì bài toán không nói đến axit cacboxylic có no hay không , có đơn chức hay không dẫn đến nhiều em cảm thấy việc gọi công thức tổng quát của axit X quá phức tạp nên tự dưng làm cho bài toán trở lên khó khăn .Chúng ta thấy bài đã cho khối lượng của axit X , khối lượng H₂O , thể tích CO₂ => số mol CO₂ => khối lượng CO₂ như vậy chỉ còn khối lượng O₂ là chưa biết nên chỉ cần áp dụng định luật bảo toàn khối lượng là xong

n_CO2  =4,48 /22,4 =0,2 (mol)  => m _CO2  = 0,2 .44 =8,8 gam
Sơ đồ phản ứng :                     axitcaboxylic X       +     O₂    ->   CO₂      +       H₂O
   Theo bảo toàn khối lượng =>         4,3 gam        +     m_O2    =    8,8gam   +    2,7 gam
  => m_O2   = 7,2 gam =>n_O2  = 7,2 / 32 = 0,225 (mol) => V_O2 = 0,225 .22,4 = 5,04 (lít)

2.NỘI DUNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ    

Đối với định luật bảo toàn nguyên tố người ta thường áp dụng cho số mol hoặc khối lượng của nguyên tố .Ta có thể phát biểu định luật bảo toàn mol nguyên tố như sau :

Trong các phản ứng hóa học tổng số mol của nguyên tố trước phản ứng luôn bằng tổng số mol của nguyên tố đó sau phản ứng

Công thức cần chú ý :
Số mol nguyên tố trong hợp chất = số nguyên tử của nguyên tố đó trong hợp chất x số mol hợp chất chứa nguyên tố đó

Công thức trên rất quan trọng trpng việc chuyển đổi giữa số mol hợp chất và số mol nguyên tố , các em cần phải nắm vững để có thể hiểu được các ví dụ tiếp theo!Để lập phương trình bảo toàn số mol nguyên tố ta làm theo các bước sau :
Phương trình bảo toàn nguyên tố dạng tổng quát :


Ví dụ 1:


Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố ta có các phương trình :



Ví dụ 2:  Khi nung  5,8 gam C₄H₁₀  với xúc tác thích hợp thu được hỗn hợp T gồm CH₄, C₃H₆, C₂H₄, C₂H₆, C₄H₈, H₂và C₄H₁₀ dư.Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp T thu được m gam CO₂ .Tính giá trị của m

Giải

Phân tích bài toán: Ta thấy bài cho hỗn hợp T gồm rất nhiều chất , chính hỗn hợp T làm nhiều em học sinh bối rối vì số lượng hợp chất trong T quá nhiều .Nếu quan sát tinh ta thấy để tính khối lượng CO₂ ta chi cần bảo toàn nguyên tố C là xong vì số mol C trong C₄H₁₀ ban đầu đã biết .Sơ đồ phản ứng :

n _C4H10 = 5,8 / 58 =0,1 (mol)
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho C ta có :

Ví dụ 3:  Sục V lít  CO₂ (đktc) vào 2 lít dung dịch Ca(OH)₂ 0,1M . Sau phản ứng thu được 15 gam kết tủa. Lọc bỏ kết tủa, cho thêm vài giọt NaOH vào dung dịch lại thấy xuất hiện kết tủa. Giá trị của V là

  A. 6,72                                        B.2,24                                  C.5,6                          D.3,36

Giải

Phân tích bào toán : Dung dịch sau phản ứng tác dụng với NaOH cho kết tủa chứng tỏ phản ứng có tạo ra muối axit Ca(HCO₃)₂ .Ta dễ dàng tính được số mol Ca do đó ta cần bảo toàn nguyên tố Ca và C là  giải ra được đáp án

Sơ đồ phản ứng :



=> V_CO2  = 0,25 .22,4  = 5,6 (lít ) => Đáp án C

PHẦN 2: BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1: Khử hoàn toàn 24 gam hỗn hợp CuO và Fe_xO_y bằng H₂ dư ở nhiệt độ cao thu được 17,6 gam hỗn hợp kim loại. Khối lượng H₂O tạo thành là:
          A.1,8gam.                B. 5,4 gam.                  C.7,2gam.                          D. 3,6gam.

Giải

Phân tích bài toán :Ta dùng định luật bảo toàn khối lượng tính được m_O => .Sau đó dùng định luật bảo toàn nguyên tố O là tính được khối lượng H₂O
Sơ đồ phản ứng :

Bảo toàn khối lượng ta có : m_O(oxit)  = 24 -17,6 = 6,4 (gam) => n_O(oxit) = 6,4 /16  = 0,4(mol)
Bảo toàn nguyên tố O => n_H2O  = n_O(oxit) = 0,4 (mol)  => m H2O  = 0,4 .18 =7,2 (gam) =>Đáp án C

Bài 2: Cho 7,68 gam hỗn hợp A gồm FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃ tác dụng vừa đủ với 260 ml dung dịch HCl 1M thu được dung dịch X. Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kết tủa đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn. m có giá trị là:
 A. 7 gam                          B. 7,5 gam                      C. 8 gam.                         D. 9 gam

Giải

Phân tích bài toán :Ta dùng định luật bảo nguyên tố H  tính được O ->Fe -> Fe2O3 -> m .
+n_HCl = 0,26.1=0,26(mol)
+Sơ đồ phản ứng :

=> Đáp án C

Bài 3: Hòa tan hoàn toàn 1 ít oxit Fe_xO_y bằng H₂SO₄ đặc nóng,thu được 2,24 lít SO₂(đktc).phần dung dich đem cô cạn được 120 gam muối khan.Xác định công thức Fe_xO_y.
A. FeO                    B. Fe₃O₄                 C. Fe₂O₃                   D. Cả A và B đều đúng

Giải

Cách 1:Ta đi tính tỉ  lệ số mol  Fe₂(SO₄)₃  : SO₂  => đặt tỉ lệ vào phản ứng rồi cân bằng sẽ tìm được x và y => Công thức oxit

Sơ đồ phản ứng :
Fe_xO_y   +   10 H₂SO₄    -> 3Fe₂(SO₄)₃   +  1 SO₂   + 10 H₂O
Biết hệ số của Fe₂(SO₄)₃  =3 và của SO₂ =1 dễ dàng tìm được hệ số của H₂SO₄ = H₂O = 10
Để phương trình được cân bằng thì :

Vậy oxit sắt là Fe₃O₄ => Đáp án B

Cách 2: Phân tích bài toán dùng định luật bảo toàn nguyên tố  để tìm số mol Fe và số mol O trong oxit  rồi  suy ra tỉ lệ n_Fe : n_O => Công thức oxit
Sơ đồ phản ứng :
Fe_xO_y   +    H₂SO₄          -> Fe₂(SO₄)₃   +      SO₂               +              H₂O
                   1mol                0,3 mol               0,1 mol                            1mol



Cách 3:  áp dụng định luật bảo toàn e + định luật bảo toàn nguyên tố cũng rất hay
 .

Bài 4: Khử hết m gam Fe₃O₄ bằng CO thu được hỗn hợp A gồm FeO và Fe. A tan vừa đủ trong 0,3 lít dung dịch H₂SO₄ 1M. Giá trị của m là:
  A. 23,2 gam.                  B. 46,4 gam.                   C. 11,2 gam.                    D. 16,04 gam.

Giải

Phân tích bài toán : Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố từ số mol H₂SO₄  tính được số mol FeSO₄ => số mol Fe₃O₄=> m
Sơ đồ bài toán :


Bài 5: 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 các  oxit kim loại. Hòa tan hết hỗn hợp 3 oxit bằng dung dịch HCl 2M thì phải dùng bao nhiêu lít.
 A. 0,5 lít.                                       B. 0,7 lít.         C. 0,12 lít.                                    D. 1 lít

Giải

Phân tích bài toán : Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta sẽ tính được O->H ->HCl
Sơ đồ bài toán :



=> Đáp án C

Bài 6: Cho tan hoàn toàn 8,0 gam hỗn hợp X gồm FeS và FeS₂ trong dung dịch HNO₃, thu được khí NO và dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng hoàn toàn với dung dịch Ba(OH)₂ . 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

A. 3,6 gam FeS và 4,4 gam FeS₂                           B.  4,4 gam FeS và 3,6 gam FeS₂
C. 2,2 gam FeS và 5,8 gam FeS₂                           D. 4,6 gam FeS và 3,4 gam FeS₂

Giải

Phân tích bài toán : Đặt số mol của FeS và FeS₂ lần lượt là x (mol) và y (mol) .Chất rắn Z gồm Fe₂O₃ và BaSO₄ .Sau đó bảo toàn nguyên tố Fe ,S  ta tính được ta tính được số mol của Fe₂O₃ và BaSO₄ .Lập 2 phương trình theo khối lượng X và khối lượng Z -> giải hệ ra x và y -> Đáp án






Đáp án B

Bài 7: 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 tử của A. Biết tỉ khối của  A so với không khí nhỏ hơn 7.
     A. C₈H₁₂O₅.                      B. C₄H₈O₂.                        C. C₈H₁₂O₃.                      D. C₆H₁₂O₆.

Giải :

Phân tích bài toán : dùng phương pháp bảo toàn khối lượng ta sẽ tính được CO₂ và H₂O ->O trong A -> CT ĐGN -> CTPT



=> Đáp án A

Bài 8: Đun 132,8 gam hỗn hợp 3 ancol no, đơn chức với H₂SO₄ đặc ở 140^oC thu được hỗn hợp tối đa các ete có số mol bằng nhau và có khối lượng là 111,2 gam. Số mol của mỗi ete trong hỗn hợp là bao nhiêu?
A. 0,1 mol.                             B. 0,15 mol.                               C. 0,4 mol.       D. 0,2 mol.

Giải :

Phân tích bài toán : Bảo toàn khối lượng ta tính được H₂O -> ete
Trước tiên ta cần biết :
  + Nếu đun nóng  n ancol đơn chức với H₂SO₄ đặc ->ete + H2O .thì số ete tạo ra tối đa bằng  = n(n+1)/2 .Với bài cho 3 ancol => n =3 => số ete tối đa bằng 3.(3+1)/2 =6 ete .


Đáp án D

PHẦN 3. BÀI TẬP TỰ LUYỆN

Câu 1:Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một axit cacboxylic đơn chức cần vừa đủ V lít O₂ ở 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.6,72lít.                  D. 4,48 lít
Câu 2: Cho 15,6g hỗn hợp hai ancol đơn chức, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với 9,2g Na, thu đc 24,5g chất rắn. hai ancol đó là
A. CH₃OH và  C₂H₅OH                                    B. C₂H₅OH và  C₃H₇OH
C. C₃H₅OH và C₄H₇OH                                    D. C₃H₇OH và  C₄H₉OH
Câu 3:Trùng hợp 1,68 lít propilen (đktc) với hiệu suất 70%. khối lượng polime thu đc là
 A. 3,15g                                    B. 2,205g                                   C. 4,55g                      D. 1,85g
 Câu 4:Khử hoàn toàn 20,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ cần dùng 2,24 lít khí CO (đktc). Khối lượng sắt m thu được sau phản ứng là:
A. 18g                                        B. 19g             C.19,5g                                             D. 20g
Câu 5:Nhiệt phân hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm CaCO₃ và Na₂CO₃ thu đc 11,6g chất rắn và 2,24 lít (đktc). Hàm lượng % của CaCO₃ trong X là
A. 6,25%                                    B. 8,62%                      C. 50,2%          D. 62,5%
 Câu 6:Đun 122,4 g hỗn hợp 3 ancol đơn chức với H₂SO₄ đặc ở 140⁰C được 90 gam  hỗn hợp gồm 6  ete có số mol bằng nhau. Số mol mỗi ete trong hỗn hợp là
A. 0,3                                           B. 0,1                           C. 0,2      D. 0,4
Câu 7: 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 thu được có tỉ khối đối với hidro là 15,5. Giá trị của m là:
A.0,92 gam.                                B. 0,32 gam.                             C. 0,64 gam.     D. 0,46 gam
Câu 8:Hòa tan hoàn toàn 18 g hỗn hợp gồm 3 kim loại Al, Mg, Cu bằng dung dịch HNO₃ thu đc 8,96  lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc) và dung dịch X. cô cạn dung dịch X thì khối lượng muối khan thu đc là
A. 92,4g                                        B. 117,2g                                    C. 86,4g        D. 90,8g
Câu 9: Hỗn hợp rắn A gồm 0,1 mol Fe₂O₃ và 0,1 mol Fe₃O₄. Hòa tan hoàn toàn A bằng dung dịch HCl dư được dung dịch B. Cho dung dịch NaOH dư vào B được kết tủa C. Lọc lấy kết tủa C, rửa sạch rồi nung trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn D. Tính m:
A. 40 gam.                                    B. 39 gam.                                 C. 39,8 gam.          D. 35 gam.
Câu 10: Cho 11,2 gam Fe và 2,4 gam Mg tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ loãng dư sau phản ứng thu được dung dịch A và V lít 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. m có giá trị
A. 18 gam                                     B. 20 gam.                   C. 24 gam.       D. 36 gam.