Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong phản ứng hóa học

Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong phản ứng hóa học Khi gặp các bài toán không thể áp dụng được định luật bảo toàn khối lượng hoặc viết phương trinh nhưng lại không thấy hướng giải trong khi 1 bài trắc nghiệm lại đòi hỏi chúng ta thời gian 1.5 phút nên trình bày 1 phương pháp là định luật căn bằng nguyên tố,nghĩa là các nguyên tố sẽ bảo toàn cho nhau trước và sau phản ứng.Nguyên tắc: Một nguyên tố khi tham gia phản ứng hóa học chỉ chuyển từ chất này sang chất khác, nghĩa là số mol nguyên tố đó trước và sau phản ứng phải bằng nhau.Công thức:Trước phản ứng, nguyên tố X có trong các chất A, BSau phản ứng, nguyên tố X có trong các chất C, DÁp dụng công thức sau:nA.Số ngtử X trong A + nB. Số ngtử X trong B = nC. Số ngtử X trong C + nD. Số ngtử X trongDVí dụ :V lít CO2 + 3lít dung dịch Ca(OH)2 CM thu được 5 gam kết tủa CaCO3 và 16,2 gam Ca(HCO3)2Tìm V và CM.Nếu như giải phương pháp thông thường là viết phương trinh là chúng ta phải viết 2 phương trình 1 là muối trung hòa 2 la muối Axit và cân bằng nói chung là vẫn rất tốn thời gian.Nếu chúng ta dung định luật bảo toàn khôi lượng thì cũng rất khó,đề yêu cầu tím số liệu về CO2 trong khi Ca(OH)2 mình cũng phải tìm chưa kể nước sinh ra nữa phức tạp.Vì vậy GoldSea sẽ áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố để giải bài nàyÁp dụng: Bảo toàn C: nCO2.1 = nCaCO3.1 + nCa(HCO3)2.2vậy: nCO2 = 0,05.1 + 0,1.2 = 0,25 molV = 0,25.22,2 = 5,6 lítBào toàn Ca: nCa(OH)2.1 = nCaCO3.1 + nCa(HCO3)2.1nCa(OH)2 = 0,05,1 + 0,01.1 = 0,15CM = 0,15/3 = 0,05MKinh nghiệm:- Các bài toán dùng phương pháp bảo toàn nguyên tố thì thường giữa chất đề bài cho và hỏi có cùng một nguyên tố nào đó.- Không nên áp dụng bảo toàn nguyên tố O.II/ Phương pháp bảo toàn nguyên tố 1.Cơ sở : ðịnh luật bảo toàn nguyên tố Tổng khối lượng của một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng của nguyên tố ñó ở sau phản ứng. 2. Phạm vi ứng dụng: Có thể áp dụng trong nhiều trường hợp, nhưng thường dùng nhất trong các bài toán ñốt cháy. 3. Ví dụ minh hoạ : VD1 : ðốt cháy hoàn toàn m g hỗn hợp các hiñrocacbon : C3H4, C2H6, C4H8 thì thu ñược 12,98g CO2 và 5,76g H2O. Vậy m (g) có giá trị : A. 1,48 B. 8,14 C. 4,18 D. Không xác ñịnh Giải : +) Cách giải thông thường : C2H6 + 7/2 O2 2CO2 + 3H2O (mol) x 3,5x 2x 3x C3H4 + 4O2 3CO2 + 2H2O (mol) y 4y 3y 2y C4H8 + 6O2 4CO2 + 4H2O (mol) z 6z 4z 4z Theo PTPƯ và ñề bài ta có hệ: 2x + 3y +4z = 12,98 : 44 = 0,295 3x + 2y + 4z =5,76 : 18 = 0,32 30x + 40y + 56 z + 32( 3,5x + 4y + 6z) = 12,98 + 5,76 Giải hệ phương trình ta có : x = 0,05 ; y = 0,025 ; z = 0,03 Khối lượng hỗn hợp là : m = 0,05.30 + 0,025.40 + 0,03.56 = 4,18 (g) +) Cách giải nhanh : Áp dụng ñịnh luật bảo toàn nguyên tố : mY = mC + mH = 5,76 18  .2 + 12,98 44  .12 =4,18g VD2 : Tách nước hoàn toàn từ hỗn hợp Y gồm rượu A, B ta ñược hỗn hợp X gồm các olefin. Nếu ñốt cháy hoàn toàn Y thì thu ñược 0,66g CO2. Khi ñốt cháy hoàn toàn X thì tổng khối lượng CO2 và H2O (g) là : A. 0,903 B. 0,39 C. 0,94 D. 0,93 Giải : Y tách nước tạo thành X : nC(X) =nC(Y) Þ nCO2(X)=nCO2(Y)=0,66/44 =0,015 mol Mà khi ñốt cháy X thì nCO2 = nH2O = 0,015 (mol) Tổng khối lượng CO2 và H2O là : m = 0,66 + 0,015.18 = 0,93(g) 5. Dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố và định luật bảo toàn khối lượng: - Trong các phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng của các sản phẩm tạo thành. A + B → C + D Thì mA + mB = mC + m D Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng MS là tổng khối lượng các chất sau phản ứng Dù phản ứng vừa đủ hay còn chất dư ta vẫn có: mT = mS - Sử dụng bảo toàn nguyên tố trong phản ứng cháy: Khi đốt cháy 1 hợp chất A (C, H) thì → Giả sử khi đốt cháy hợp chất hữu cơ A (C, H, O) A + O2 → CO2 + H2O Ta có: Với mA = mC + mH + mO Thí dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp Y: C2H6, C3H4, C4H8 thì thu được 12,98g CO2 và 5,76g H2O. Tính giá trị m? (Đáp số: 4,18g) Thí dụ 2: cho 2,83g hỗn hợp 2 ancol đơn chức tác dụng vừa đủ với Na thì thoát ra 0,896 lít H2 (đktc) và m gam muối khan. Giá trị của m là: A. 5,49g B. 4,95g C. 5,94g PD. 4,59g Thí dụ 3: Cho 4,2g hỗn hợp gồm ancol etylic, phenol, axit fomic tác dụng vừa đủ với Na thấy thoát ra 0,672 lít H2 (đktc) và 1dd. Cô cạn dd thu được hỗn hợp rắn X. Khối lượng của X là: A. 2,55g PB. 5,52g C. 5,25g D. 5,05g Suy luận: Cả 3 hợp chất trên đều có 1 nguyên tử H linh động → Số mol Na = 2nH2 = 2.0,03 = 0.06 mol Áp dụng ĐLBTKL: → mX = 4,2 + 0,06(23 - 1) = 5,52g. Thí dụ 4: Chia hỗn hợp 2 anđehit no đơn chức làm 2 phần bằng nhau: P1: Đem đốt cháy hoàn toàn thu được 1,08g H2O P2: tác dụng với H2 dư (Ni, t0) thì thu hỗn hợp A. Đem A đốt cháy hoàn toàn thì thể tích CO2 (đktc) thu được là: A. 1,434 lít B. 1,443 lít PC. 1,344 lít D. 1,444 lít Suy luận: Vì anđehit no đơn chức nên số mol CO2 = sô mol H2O = 0,06 mol → Theo BTNT và BTKL ta có: → → lít Thí dụ 4: Tách nước hoàn toàn từ hỗn hợp Y gồm 2 ancol A, B ta được hỗn hợp X gồm các olefin. Nếu đốt cháy hoàn toàn Y thì thu được 0,66g CO2. Vậy khi đốt cháy hoàn toàn X thì tổng khối lượng CO2 và H2O là: A. 0,903g B. 0,39g C. 0,94g PD. 0,93g PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN LƯỢNG NGUYÊN TỐ PHƯƠNG PHÁP QUY ĐỔI TƯƠNG ĐƯƠNG I)KIẾN THỨC CẦN NHỚ: 1) Định luật bảo toàn nguyên tố : “ tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố hoặc nhóm nguyên tử trước phản ứng và sau phản ứng luôn bằng nhau” - Phạm vi áp dụng: Thường dùng cho các bài toán hỗn hợp phức tạp, chẳng hạn : các bài toán có phản ứng giữa các hỗn hợp muối, axit, bazơ … hoặc bài toán có nhiều biến đổi rất phức tạp. Ví dụ 1 : hỗn hợp axit với hỗn hợp bazơ: yR(OH)x + xHyG RyGx + xyH2O Theo ptpư ta có : (sản phẩm) Vì vậy khi biết được số mol của nhóm OH thì tìm được số mol H trong axit , số mol H2O và ngược lại. Ví dụ 2: phản ứng nhiệt nhôm giữa a(mol) Al và b(mol) Fe2O3 theo sơ đồ : (a mol) (b mol) Al + Fe2O3 Vì S nFe ( trước pư ) = S nFe ( sau pư ) nên Þ ta luôn có : 2x + z + 3t + n = 2b Vì S nAl ( trước pư ) = S nAl ( sau pư ) nên Þ ta luôn có : y + 2n’ = a Ví dụ 3 : Điều chế H2SO4 từ a (gam) FeS2 ta dễ dàng thấy : Þ 2) Phương pháp quy đổi : Nguyên tắc : quy đổi hỗn hợp nhiều chất thành 1 chất hoặc một hỗn hợp có số lượng chất ít hơn. Ví dụ : Hỗn hợp Na2SO4 và K2SO4 tỷ lệ mol 1 :1 Û KNaSO4 Hỗn hợp FeO và Fe2O3 đồng mol Û Fe3O4 ( đúng cả 2 chiều ) 3) Kết hợp giữa bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng. Phương pháp này thường được áp dụng trong các trường hợp sau đây : Thường gặp 2 trường hợp sau đây: * Trường hợp 1: Fe hoặc NO2 ­ ...) Þ =( bđ ) ( muối) + ( các sp khí ) = ( các sp khí ). * Trường hợp 2 : Fe Þ = ( bđ ) ( muối) + ( các sp khí ) = ( các sp khí ). .v.v. ( còn nhiều trường hợp khác) Nhận xét: Nếu biết khối lượng của các khí sản phẩm và hỗn hợp A ( hoặc muối Fe) thì có thể áp dụng định luật BTKL. Ví dụ : Trường hợp 1 : giả sử biết m1 (g) ( Fe + FexOy) ; biết b (mol) khí NO sinh ra. Áp dụng định luật BTKL ta có : ( trong đó : ) II- Một số bài toán minh họa 1) Để hòa tan hoàn toàn 34,8 gam hỗn hợp gồm Fe3O4 , FeO, Fe2O3 ( số mol FeO = số mol Fe2O3 ) thì phải dùng một lượng vừa đủ dung dịch H2SO4 4,9 % ( loãng). a) Tính khối lượng của dung dịch H2SO4 4,9% . b) Tính nồng độ % của các chất trong dung dịch thu được. Hướng dẫn: Vì số mol FeO = số mol Fe2O3 nên xem như Fe3O4. 2) Cho m(g) hỗn hợp FeO, Fe3O4, Fe2O3 tan vừa hết trong V (lít) dung dịch H2SO4 loãng thì thu được một dung dịch A. Chia đung dịch A làm 2 phần bằng nhau. Phần 1: tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kết tủa nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 8,8 gam chất rắn. Phần 2: làm mất màu vừa đúng 100ml dung dịch KMnO4 0,1M trong môi trường H2SO4 loãng dư. a) Viết các phương trình hóa học xảy ra. b) Tính m , V ( nếu dung dịch H2SO4 có nồng độ 0,5M). Hướng dẫn: Xem Fe3O4 như hỗn hợp FeO và Fe2O3 Vậy hỗn hợp xem như chỉ có FeO và Fe2O3 : số mol lần lượt x,y. * Có thể giải theo phương pháp bảo toàn nguyên tố Fe. ( các oxit ) = 2 ´ 0,055 = 0,11 mol ( FeO ) = Þ ( Fe2O3 ) = Vậy khối lượng hỗn hợp đầu : m = 2( 0,05 ´ 72 + ) = 16,8 gam. Số mol H2SO4 = 0,1 + (3 ´ 0,06) = 0,28 mol. Þ thể tích V = 0,56 lít. 3) Hỗn hợp A gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 ( với số mol bằng nhau). Cho m1(g) A vào ống sứ nung nóng rồi dẫn dòng khí CO đi qua ( CO pư hết ), thấy khí bay ra và trong ống còn lại 19,2 (g) rắn B (gồm Fe, FeO, Fe3O4) . Hấp thụ khí vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được m2 (g) kết tủa trắng. Hòa tan hết rắn B trong HNO3 nóng thì thấy bay ra 2,24 lít khí NO duy nhất ( đktc). a) Viết phương trình hóa học. b) Tính m1, m2 và số mol HNO3 đã phản ứng. Hướng dẫn: Xem phần FeO + Fe2O3 ( đồng mol) như Fe3O4 4) Đốt x (mol) Fe bởi O2 thu được 5,04 gam hỗn hợp A gồm các oxit của sắt. Hòa tan A trong HNO3 nóng dư thì thu được một dung dịch X và 0,035 mol khí Y ( gồm NO và NO2), biết = 19. Tính x. Hướng dẫn: Xem các oxit sắt chỉ gồm Fe2O3 và FeO ( vì Fe3O4 coi như FeO và Fe2O3) 5) Muối A là muối cacbonat của kim loại R hóa trị n ( R chiếm 48,28% theo khối lượng ). Nếu đem 58 gam A cho vào bình kín chứa sẵn lượng O2 vừa đủ rồi nung nóng. Phản ứng xong thu được 39,2 gam rắn B gồm Fe2O3 và Fe3O4. a) Xác định CTPT của A. b) Nếu hòa tan B vào HNO3 đặc nóng, thu được khí NO2 duy nhất. Trộn lượng NO2 này với 0,0175 mol khí O2 rồi sục vào lượng nước rất dư thì thu được 2 lít dung dịch X. Xác định nồng độ mol của các chất trong dung dịch X. Hướng dẫn: a) Ta có Þ R = 56 , n = 2 là thỏa mãn ( Fe) b) gọi x, y lần lượt là số mol Fe2O3 và Fe3O4 trong rắn B. 6) Hòa tan a gam một oxit sắt FexOy vào trong dung dịch H2SO4 đặc nóng dư thì thu được khí SO2 duy nhất.Mặt khác, nếu khử hoàn toàn a gam oxit sắt trên bằng khí CO, hòa tan lượng sắt tạo thành trong dung dịch H2SO4 đặc nóng (dư) thu được lượng SO2 gấp 9 lần lượng SO2 ở thí nghiệm trên. a) Viết các phương trình phản ứng xảy ra trong hai thí nghiệm trên. b) Xác định định công thức hóa học của oxit sắt. Giải mẫu : 2FexOy + (6x -2y )H2SO4 ( đặc) xFe2(SO4)3 + (3x-2y) SO2 ­ + (6x -2y )H2O (1) a (mol) ® (mol) FexOy + yH2 xFe + yH2O (2) a (mol) ® ax (mol) 2Fe + 6H2SO4 ( đặc) Fe2(SO4)3 + 3SO2 ­ + 6H2O (3) ax (mol) ® 1,5 ax ( mol) Theo đề bài : nên ta có : Þ Þ CTPT của oxit sắt là : Fe3O4. 7) Hòa tan một lượng oxit sắt FexOy vào dung dịch HNO3 loãng, dư thì thu được một dung dịch A và khí NO duy nhất. Mặt khác nếu khử lượng oxit sắt trên bằng lượng CO dư rồi lấy toàn bộ kim loại sinh ra hòa tan hoàn toàn trong dung dịch HNO3 đặc, nóng thì thu được dung dịch B và khí NO2 duy nhất. Biết thể tích khí NO2 sinh ra gấp 9 lần thể tích khí NO sinh ra ( cùng nhiệt độ, áp suất). a) Viết các phương trình hóa học. b) Xác định công thức hóa học của oxit sắt. Hướng dẫn : Giải như bài 6 ( FeO) 8) Để m gam một phoi bào sắt ( A ) ngoài không khí sau một thời gian thu được hỗn hợp B có khối lượng 12 gam gồm sắt và các oxit của sắt. Cho B tác dụng hoàn toàn với HNO3 loãng thấy giải phóng 2,24 lít khí NO ( đktc). Xác định m Hướng dẫn : xem hỗn hợp B gồm Fe2O3, FeO, Fe ( vì Fe3O4 đã quy đổi) Kết hợp định luật BTNT và BTKL để giải. m = 10,08 gam 9) Có 190 ml dung dịch chứa đồng thời KOH và Ba(OH)2 có nồng độ tương ứng là 3M và 4M. Tính thể tích dung dịch Axit chứa đồng thời HCl 1,98M và H2SO4 1,1M đủ để trung hoà lượng dung dịch kiềm trên. Hướng dẫn: số mol OH của bazơ = số mol H của axit (V = 0,5 lít ) 10) Có 1 lít dung dịch hỗn hợp Na2CO3 0,1M và (NH4)2CO3 0,25M. Cho vào dung dịch đó 43 gam hỗn hợp BaCl2 và CaCl2 , sau khi kết thúc phản ứng thì thu được 39,7 gam kết tủa A và d.dịch B. a) Chứng minh hỗn hợp muối clorua đã phản ứng hết. b) Tính % khối lượng của các chất có trong kết tủa A. Hướng dẫn: a) Từ công thức Na2CO3 và (NH4)2CO3 Þ số mol CO3 = 0,35 mol Đặt RCl2 là công thức đại diện cho hỗn hợp BaCl2 và CaCl2 . Từ (1), (2) nhận thấy : Cứ 1 mol muối clorua biến thành kết tủa RCO3 thì khối lượng giảm 71 – 60 =11 g Chứng minh số mol CO3 phản ứng < 0,35 b) Gọi x, y là số mol của BaCO3 và CaCO3 trong kết tủa A, ta có: Vậy : 11) Nhiệt phân 19,8 gam propan C3H8 thì thu được hỗn hợp khí X gồm C3H8 ( dư ) ; C3H6; C2H4 ; CH4; H2. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X thì phải dùng V lít O2 ( đktc) và thu được m ( gam ) CO2 . Xác định V và m. Hướng dẫn : Sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố. 12) Một hỗn hợp (A) gồm 15,2gam FeO và Fe2O3( tỉ lệ mol 2:1). Khử hỗn hợp bằng khí CO sau một thời gian thu được rắn B ( khối lượng a gam ) gồm 3 oxit kim loại và Fe và có b lít khí thoát ra ( đktc). Tìm a, b Hướng dẫn : Sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố. 13/ Cho 10,4 gam hỗn hợp bột Fe và Mg ( tỉ lệ mol 1:2 ) hoà tan vừa hết trong 600ml dung dịch HNO3 x(M), thu được 3,36 lít hỗn hợp 2 khí N2O và NO. Biết tỉ khối của hỗn hợp khí so với không khí là 1,195. Xác định trị số x. Hướng dẫn : đặt số mol Fe là a (mol) Þ số mol Mg : 2a mol 56a + 24b = 10,4 Þ giải ra được a= 0,1 Sơ đồ phản ứng : Fe,Mg + HNO3 ® Fe(NO3)3 , Mg(NO3)2 + N2O, NO + H2O 0,1 và 0,2 0,1 0,2 n1, n2 ( mol ) 14) Hoà tan 5,9 gam hỗn hợp Al và kim loại R hoá trị II vào trong dung dịch H2SO4 đặc nóng. Sau đó cho tác dụng với dung dịch NaOH dư. Lọc lấy kết tủa đem tác dụng với dd HCl dư thì thu được dung dịch A. Điện phân dung dịch A đến khi có bọt khí thoát ra ở catot (cực âm) thìi dừng lại, khối lượng catot tăng lên 3,2 gam còn ở anot ( cực dương ) thoát ra 1,12 lít một khí. Xác định R và thế tích khí thoát ra từ dung dịch H2SO4 Hướng giải : Viết sơ đồ pư : Al,R Al2(SO4)3 , RSO4 NaAlO2, R(OH)2 R(OH)2 R(OH)2 RCl2 R + Cl2 ­ Theo sơ đồ : số mol R = số mol Cl2 = 0,05 ( khí ở anot ) Þ 15) Để một mẫu nhôm trong không khí sau một thời gian thì thu được rắn A có khối lượng 2,802 gam. Hoà tan rắn A bằng dung dịch HCl dư thì thu được m ( gam) muối và 3,36 lít khí a/ Tính % Al đã bị oxi hoá ? Tìm m (gam) b/ Hoà tan hoàn toàn A trong HNO3 đặc , nóng thì thu được bao nhiêu lít khí màu nâu ( đktc). 16) Cho 200ml dung dịch (A) gồm hỗn hợp : MgCl2 0,3M ; AlCl3 0,45M ; HCl 0,55M tác dụng vừa đủ với V lít dung dịch NaOH 0,02M ; Ba(OH)2 0,01M. Tìm V để đạt kết tủa lớn nhất ? bé nhất ? Xác định khối lượng kết tủa đó ? Hướng dẫn : Phản ứng trung hòa xảy ra trước * Nếu kết tủa max : V=12,5 lít , kết tủa : 10,5 gam * Nếu kết tủa min : A(OH)3 bị tan hết trong kiềm dư , V=14,75 lít , kết tủa : 3,48 gam 17) Để mẫu Fe khối lượng 11,2gam sau một thời gian trong không khí ( giả sử chỉ xảy ra phản ứng oxi hoá tạo thành oxit ) thì thu được hỗn hợp A có khối lượng m1 ( gam). Hoà tan hoàn toàn A vào HNO3 loãng dư thì sau phản ứng thu được m2 gam muối và 0,896 lít khí NO bay ra ( đktc). a/ Viết các phương trình phản ứng có thể xảy ra. b/ Tính m1, m2 ( ĐS: m1 = 15,04g ; m2 = 48,4 g ) 18) Cho V lít CO ( đktc) lấy dư đi qua ống sứ chứa 0,15 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 nung nóng. Sau một thời gian để nguội, thu được 12 gam chất rắn B ( gồm 4 chất ) và khí X thoát ra ( tỷ khối của X so với H2 bằng 20,4). Cho X hấp thụ hết vào dung dịch nước vôi trong dư thì thu được 20 gam kết tủa trắng. 1- Tính phần trăm khối lượng của các chất trong A. Xác định giá trị V. 2- Cho B tan hết trong dung dịch HNO3 đậm đặc nóng. Tính khối lượng của muối khan tạo thành sau khi cô cạn dung dịch sau phản ứng. ( Đề thi Tỉnh GL 07-08) Hường dẫn : Dùng phương pháp bảo toàn NT và BTKL .ĐS: 5,6 lít và 15,2 gam. ---------------------