Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái V. PHƯƠNG PHÁP ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG 1.Nội dung Trong phương trình phản ứng hóa học,tổng khối lượng của các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng của các chất tạo thành sau phản ứng. Mở rộng Thường chúng ta chỉ xét trong trường hợp chất tác dụng và chất tạo thành theo đúng tỉ lệ,tức là tương tác với nhau vừa đủ.Tuy nhiên cũng có thể mở rộng hơn : trong phương trình phản ứng tổng khối lượng của chất đầu bằng tổng khối lượng của chất cuối kể cả chất còn dư,với giả thiết rằng các chất này không bị tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng. 2.áp dụng Bài tập 25: Cho tan hoàn toàn 13,6 gam hỗn hợp gồm Fe và Fe 2 O 3 trong dung dịch axit HCl, thu được 2,24 lít H 2 (đktc) và dung dịch D.Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi được a (gam) chất rắn. Tính a? Bài giải: Dùng phương pháp đại số Phương trình phản ứng : Fe + 2HCl FeCl 2 + H 2 (1) x x x (mol) Fe 2 O 3 + 6HCl 2FeCl 3 + 3H 2 O (2) y 2y (mol) FeCl 2 + 2NaOH Fe(OH) 2 + 2NaCl (3) x x (mol) FeCl 3 + 3NaOH Fe(OH) 3 + 3NaCl (4) 2y 2y (mol) 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O 4 Fe(OH) 3 (5) x x (mol) 1 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái 2Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 + 2 H 2 O (6) ( x + 2y) 0,5(x+ 2y) (mol) Gọi x , y là số mol Fe và Fe 2 O 3 trong 13,6 gam hỗn hợp ,theo giả thiết ta có: Số gam (Fe, Fe 2 O 3 ) = 56x + 160y = 13,6 (7) Số mol H 2 = x =2,24 /22,4 = 0,1 (8) Giải ra ta được y = 0,05 a = số gam Fe 2 O 3 = 160 * 0,5(x+2y) = 16 (gam) Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng Để tạo thành Fe 2 O 3 , 0,1 mol Fe kết hợp được với 0,1*1,5 = 0,15 mol O (2,4gam O) ; Theo định luật BTKL ,ta có a = Số gam( Fe, Fe 2 O 3 ) đầu +số gam O(kết hợp) = 13,6 + 2,4 = 16 (gam). Bài tập 26: 7,68 gam hỗn hợp A gồm FeO , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 tác dụng vừa hết với 260ml dung dịch HCl 1M cho dung dịch D.Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa ,nung đến khối lượng không đổi dược m(gam) chất rắn. Tính m? Bài giải: Dùng phương pháp đại số: phương trình phản ứng : FeO + 2HCl FeCl 2 + 2H 2 O (1) x 2x x (mol) Fe 3 O 4 + 8HCl FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (2) y 8y y 2y (mol) Fe 2 O 3 + 6HCl 2FeCl 3 + 3H 2 O (3) z 6z 2z (mol) FeCl 2 + 2NaOH Fe(OH) 2 + 2NaCl (4) (x+y) (x+y) (mol) FeCl 3 + 3NaOH Fe(OH) 3 + 3NaCl (5) 2(y+z) 2(y+z) (mol) 4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O 4Fe(OH) 3 (6) 2 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái (x+y) (x+y) (mol) 2Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 + H 2 O (7) (x+3y+2z) 0,5(x+3y+2z) (mol) Gọi x, y , z là số mol FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 trong hỗn hợp A,ta có: Số gam (A) =(56x+16x) +(56*3y +16*4y) +(56*2z+16*3z) = 7,68 Hay : 56( x + 3y + 2z) + 16( x + 4y + 3z ) = 7,68 (8) Số mol HCl= 2x + 8y + 6z = 0,26 Hay : x + 4y + 3z = 0.13 (9) Từ phương trình 1 và 2,ta dược x + 3y + 2z = = = 0,1 m = số gam Fe 2 O 3 = 160*0,5( x + 3y + 2z ) = 160*0.5*0,1 = 8,0 (gam). Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng Số mol Fe trước và sau phản ứng không đổi .Ta tính số mol Fe có trong hỗn hợp A, từ đó suy ra số mol Fe 2 O 3 do Fe tạo ra. Số gam (A) = Số gam (Fe) + Số gam ( O ) = 7,68 Số mol O (trong oxit ) = 1/2 số mol HCl = 0,13 ( ứng với 2,08 gam O ) Số mol Fe = ( 7,68 – 2,08 ) / 56 = 0,1(mol) 0,1mol Fe > 0,05 mol Fe 2 O 3 m = 160 * 0,05 = 8,0 (gam) Bài tập 27: Khử hoàn toàn 11,6 gam một oxit sắt bằng CO ở nhiệt độ cao. Hỗn hợp khí sản phẩm được dẫn vào bình chứa dung dịch Ca(OH) 2 dư, thu được 20 gam kết tủa .Xác định công thức hóa học của oxit sắt . Bài giải : dùng phương pháp đại số Đặt công thức của oxit sắt là Fe x O y phương trình phản ứng : 3 7,68 – 16*(x+4y+3z) 56 7,68 – 16*0,13 56 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái Fe x O y + yCO xFe + yCO 2 (1) a ax ay (mol) (2) CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O ay ay (mol) Gọi số mol Fe x O y là a theo giả thiết ,ta có: Số gam Fe x O y = ( 56x + 16y )a = 11,6 (3) Số mol CaCO 3 = ay = 20 / 100 = 0,2 (4) Từ phương trình 1 và 2 ,ta tìm được ay = 0,15 Ta có tỉ lệ : ax : ay = 0,15 : 0,2 Hay : x : y = 3 : 4 Vậy công thức của oxit sắt là : Fe 3 O 4 Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng áp dụng với nguyên tố ôxi, ta có : Số mol O (trong oxit) = số mol CO = số mol CO 2 = số mol CaCO 3 = 0,2(mol) Số gam Fe = 11,6 0,2*16 = 8,4 ( ứng với 0,15 mol Fe ) Tỉ lệ Fe : O = 0,15 : 0,2 = 3: 4 > công thức của oxit : Fe 3 O 4 Bài tập 28 Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm với 25 gam hỗn hợp A gồm Al và Fe 2 O thu được hỗn hợp B. Cho B tác dụng với dung dịch NaOH dư ,thu được 14,8gam hỗn hợp rắn C,không thấy có khí thoát ra .Háy tính: a) Khối lượng của hỗn hợp B. b) Thành phần phần trăm khối lượng các chất trong hỗn hợp A. Bài giải: Dùng phương pháp đại số phương trình phản ứng : 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe (1) x 0,5x 0,5x x (mol) Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] (2) Gọi x là số mol Al tham gia phản ứng , hỗn hợp rắn C gồm x mol Fe và 4 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái Fe 2 O 3 còn dư có số mol là y.Theo giả thiết ta có: Số gam A = 27x + 160 ( 0.5x + y ) = 25 Hay : 107x + 160 y = 25 (3) Số gam C = 56 x + 160 y = 14,8 (4) Giải hệ phương trình 3 ,4 ta đuợc : x = 0,2 ; y = 0,0225 . a) Khối lượng hỗn hợp B = số gam Al 2 O 3 +số gam Fe +số gam Fe 2 O 3 (dư) = 102 *0,5x + 56 x + 160 y = 25(gam) Số gam Al = 27 x = 5,4 (gam) chiếm 5,4*100 / 25 = 21,6 % % Fe 2 O 3 = 100 - 21,6 = 78,4 Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng - B tác dụng với dung dịch NaOH không tạo khí ,Al không dư - Độ giảm khối lượng từ B sang C là khối lượng Al 2 O 3 - Không có chất nào tách ra khỏi hỗn hợp B,theo định luật BTKL. Số gam B = số gam A = 25 (gam) Số gam Al 2 O 3 = số gam B – số gam C = 10,2 (gam) Số gam Al = ( 10,2/ 102)*54 = 5,4 (gam) , chiếm 21,6% Bài tập 29: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm với 26,8 gam hỗn hợp X gồm Al và Fe 2 O 3 được hỗn hợp Y.Cho Y tác dụng với dung dịch NaOH dư,thu được 6,72 lítH 2 (đktc).Tính thành phần phần trăm khối lượng các chất trong X . Bài giải : Dùng phương pháp đại số Phương trình phản ứng : 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe (1) x 0,5x 0,5x x (mol) 2Al + 2NaOH + 6H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 (2) y 1,5y (mol) Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] (3) Gọi x là số mol Al tham gia phản ứng nhiệt nhôm, y là số mol Al còn dư 5 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái Theo giả thiết ta có: Số gam X = 27 ( x + y ) + 160*0,5 x = 26,8 Hay : 107 x + 27y = 26,8 (4) Số mol H 2 = 1,5 y = 6,72/22,4 = 0,3 (5) Giải hệ 4,5 ,ta được : x = 0,2 ; y =0,2 . % Fe 2 O 3 = 160*0,5 x *100 / 26,8 = 59,7% % Al = 100 - 59,7 = 40,3% Dùng định luật bảo toàn khối lượng Số gam (2Al.Fe 2 O 3 ) = số gam ( 2Fe.Al 2 O 3 ) = số gam X – số gam Al(dư) =26,8 – 5,4 = 21,4 (g) Trong 21,4 g h,h số gam Fe 2 O 3 = 21,4*160/(54+160) = 16 (g) chiếm 59,7 % Bài tập 30: Đốt cháy 22 gam bột kim loại gồm Al và Fe ngoài không khí thu được 36 gam hỗn hợp A gồm 4 oxit .)Tính thể tích dung dịch HCl 5M để hòa tan hoàn toàn hỗn hợp A. Bài giải a)Phương trình phản ứng 4Al + 3O 2 2Al 2 O 3 (1) 2x 1,5x x 2Fe + O 2 2FeO (2) y 0,5y y 3Fe + 2O 2 Fe 3 O 4 (3) 3z 2z z 4Fe + 3O 2 2Fe 2 O 3 (4) 2t 3t t Al 2 O 3 + 6HCl 2 AlCl 3 + 3H 2 O (5) x 6x FeO + 2HCl 2FeCl 2 + H 2 O (6) y 2y Fe 3 O 4 + 8HCl FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (7) 6 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái z 8z Fe 2 O 3 + 6HCl 2FeCl 3 + 3H 2 O (8) t 6t Al 2 O 3 + 2NaOH +3H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] (9) x tan Gọi x, y, z, t là số mol Al 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 trong 36 gam hỗn hợp A Theo giả thiết ta có: Số gam hai kim loại = 54x + 56(y + 3z + 2t) = 22 (10) Số gam 4 oxit = Số gam kim loại + Số gam O = 54x + 56(y+3z+2t) + 16(3x+y+4z+3t) = 36 (11) Số mol HCl = 6x + 2y + 8z + 6t (12) Ta phải tìm tổng (12) trừ từng vế của phương trình (11) cho (10) rồi rút gọn ta được : 3x + y + 4z + 3t = 0,875 Hay: 6x + 2y + 8z + 6t = 1,75 Thể tích dung dịch HCl = 1,75/ 5 = 0,35 lít ( 35 0 ml) Dùng phương pháp BTKL a) khối lượng của oxit tăng lên chính là lượng oxi kết hợp ,ta có: Số mol HCl = 2 số mol O = = 1,75 Thể tích dung dịch HCl = 1,75/ 5 = 0,35 (lít) Bài tập 31 : Cho tan hoàn toàn 5,36 gam hỗn hợp A gồm Na, Mg, Al trong dung dịch H 2 SO 4 vừa đủ thu được V lit H 2 (đktc) và 26 gam hỗn hợp muối B. a) Tính V? b) Tính thể tích dung dịch BaCl 2 1M để tác dụng hết với B. Bài giải Dùng phương pháp đại số : a) Phương trình phản ứng 2Na + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 (1) 7 2(36 – 22) 16 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái x 0,5 x x 0,5x Mg + H 2 SO 4 MgSO 4 + H 2 (2) y y y y 2Al + 3H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 3H 2 (3) z 1,5z 0,5 z 1,5z BaCl 2 + SO 4 2— BaSO 4 + 2Cl — (4) ( 0,5x+y+1,5z) Gọi x, y, z là số mol Na, Mg, Al trong 5,36 gam hỗn hợp ,ta có: Số gam A = 23x + 24y + 27z = 5,36 (5) Số gam B = Số gam Kim loại + Số gam (SO 4 2 ) = (23x + 24y + 27z) + 96(0,5x + y +1,5z) = 2 6 (6) Số mol H 2 = 0,5x + y + 1,5z (7) Trừ từng vế của (6) cho (5) rồi rút gọn ,ta được 0,5x + y + 1,5z = 0,215 Thể tích H 2 = 22,4*0,215 = 4,816 (lít) b) Số mol BaCl 2 = ( 0,5x+y+1,5z) = 0,215 Thể tích dung dịch BaCl 2 = 0,215/1 =0,215 lít ( 215 ml) Dùng định luật BTKL Độ tăng khối lượng từ A sang B chính là lượng SO 4 2 kết hợp, ta có Sm H 2 = Số mol BaCl 2 = Số mol SO 4 2 = = 0,215 Ta có kết quả tương tự. Bài tập 32: Để m gam bột sắt ngoài không khí ,sau một thời gian thu được 13,6 gam hỗn hợp A gồm 4 chất rắn .Cho A tan hoàn toàn trong dung dịch HNO 3 thu được 2,24 lit NO (đktc).Tính m ? Lời giải : Dùng phương pháp đại số : Gọi x , y , z , t là số mol Fe , FeO , Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 có trong 13,6 gam hỗn hợp 8 26 – 5,36 96 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái phương trình phản ứng : Fe + 4 HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O (1) x x (mol) 3 FeO + 10 HNO 3 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO + 5H 2 O (2) y y/3 (mol) 3 Fe 3 O 4 + 28 HNO 3 9 Fe(NO 3 ) 3 + NO + 14H 2 O (3) z z/3 (mol) Fe 2 O 3 + 6 HNO 3 2Fe(NO 3 ) 3 + 3H 2 O (4) t (mol) Theo giả thiết, ta có: Số gam (A) = 56x + 72y + 232z + 160 t = 13,6 Hay 7x + 9y + 29z + 20 t = 1,7 (5) Thể tích NO = x + y/3 + z/3 = 2,24 / 22,4 = 0,1 Hay 3x + y + z = 0,3 (6) Số mol Fe = x + y + 3z + 2t (7) Để tính được m ,phải tính được số mol Fe theo phương trình (3).Dùng phương pháp ghép ẩn số, biến đổi phương trình (5) và (6) làm xuất hiện (7). Cộng từngvế của phương trình 5, 6, ta được : 10 x + 10y + 30 z + 20 t = 2,0 Chia hai vế cho 10 thỉ được : x + y + 3z + 2t = 0,2 . Đó chính làsốmol Fe cần tìm : m = 56 * 0,2 = 11,2 (gam ). Dùng phương pháp bảo toàn khối lượng Số gam A + số gam HNO 3 = số gam Fe(NO 3 ) 3 +số gam NO+số gamH 2 O Đặt số mol Fe có trong 13,6 gam hỗn hợp A là x . . số mol Fe(NO 3 ) 3 = số mol Fe = x Số gam Fe(NO 3 ) 3 = 242x số mol HNO 3 = số mol H + = số mol N số mol HNO 3 = số mol NO 3 - + số mol NO = 3x + 0,1 Số gam HNO 3 = 63 (3x+0,1) ; Số gam H 2 O = 18* 0,5 số mol H + = 9(3x+0,1) ,ta có 9 Trịnh Ngọc Đính Cao đẳng sư phạm Yên Bái 13,6 + 63(3x+0,1) = 242x + 30*0,1 + 9(3x + 0,1) Giải ra ta được x=0,2 > m = 56*0.2 = 11,2 (gam) Bài tập 33 : Cho tan hoàn toàn 3,52 gam hỗn hợp X gồm CuS và Cu 2 S trong dung dịch HNO 3 ,thu được khí NO và dung dịch D.Cho dung dịch D tác dụng với dung dịch BaCl 2 dư ,thì được 6,99 gam kết tủa và dung dịch D Cho D tác dụng với dung dịch NaOH dư , lọc kết tủa nung đến khối lượng không đổi được chất rắn Y. a)Viết các phương trình phản ứng b)Tính khối lượng chất rắn Y ? Bài giải: Dùng phương pháp đại số a)Phương trình phản ứng 3CuS + 14HNO 3 3Cu(NO 3 ) 2 + 3H 2 SO 4 + 8NO + 4H 2 O (1) x x x (mol) 3Cu 2 S + 22HNO 3 6Cu(NO 3 ) 2 + 3H 2 SO 4 + 10NO + 8H 2 O (2) y 2y y (mol) H 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO 4 + 2HCl (3) (x+y) (x+y) (mol) HCl + NaOH NaCl + H 2 O (4) HNO 3 + NaOH NaNO 3 + H 2 O (5) Cu(NO 3 ) 2 + 2NaOH Cu(OH) 2 + 2NaNO 3 (6) ( x+2y) (x+2y) (mol) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O (7) (x+2y) ( x+2y) (mol) Gọi x và y là số mol CuS , Cu 2 S trong 3,52 gam hỗn hợp X, ta có: Số gam X = 96 x + 160 y = 3,52 (8) Số gam X = 96 x + 160 y = 3,52 (9) 10 . yCO xFe + yCO 2 (1) a ax ay (mol) (2) CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O ay ay (mol) Gọi số mol Fe x O y là a theo giả thiết ,ta có: Số gam Fe x O y = ( 56x + 16y )a = 11,6 (3) Số mol CaCO 3 . toàn khối lượng áp dụng với nguyên tố ôxi, ta có : Số mol O (trong oxit) = số mol CO = số mol CO 2 = số mol CaCO 3 = 0,2(mol) Số gam Fe = 11,6 0,2*16 = 8,4 ( ứng với 0,15 mol Fe ) Tỉ lệ Fe. 88x = 8,8(g) chiếm 88% y=0,01 số gam FeS 2 =120 y= 1,2(g) chiếm 12% áp dụng định luật BTKL cới Fe và S Số mol S = số mol BaSO 4 = 27,96 / 233 = 0 ,12 (mol) Số mol Fe =2 số mol Fe 2 O 3 = 2*8,8