PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG Nội dung phương pháp - Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (BTKL): “ Tổng khối lượng chất tham gia phản ứng tổng khối lượng chất sản phẩm” Điều giúp ta giải toán hóa học cách đơn giản, nhanh chóng Xét phản ứng: A + B → C + D Ta có: mA+ mB= mC+ mD (1) * Lưu ý: Điều quan trọng áp dụng phương pháp việc phải xác định lượng chất (khối lượng) tham gia phản ứng tạo thành (có ý đến chất kết tủa, bay hơi, đặc biệt khối lượng dung dịch) Các dạng toán thường gặp Hệ quả1: Biết tổng khối lượng chất ban đầu ↔ khối lượng chất sản phẩm Phương pháp giải: m(đầu) = m(sau) (không phụthuộc hiệu suất phản ứng) Hệ quả2: Trong phản ứng có n chất tham gia, biết khối lượng (n – 1) chất ta dễ dàng tính khối lượng chất lại Hệ quả3: Bài toán: Kim loại + axit → muối + khí mmuối = kim 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 khối lượng anion tạo muối → khối lượng kim loại - Khối lượng anion tạo muối thường tính theo số mol khí thoát ra: •Với axit HCl H2SO4 loãng + 2HCl →H2 nên 2Cl- ↔ H2 + H2SO4 →H2 nên SO42- ↔ H2 •Với axit H2SO4 đặc, nóng HNO3: Sử dụng phương pháp ion – electron Hệ 4: Bài toán khử hỗn hợp oxit kim loại chất khí (H2, CO) Sơ đồ: Oxit kim loại + (CO, H2) → rắn + hỗn hợp khí (CO2, H2O, H2, CO) Bản chất phản ứng: CO + [O] → CO2; H2+ [O] → H2O ⇒n[O] = n(CO2) = n(H2O) →mrắn = moxit – m[O] Đánh giá phương pháp bảo toàn khối lượng - Phương pháp bảo toàn khối lượng cho phép giải nhanh nhiều toán biết quan hệ khối lượng chất trước sau phản ứng - Đặc biệt, chưa biết rõ phản ứng xảy hoàn toàn hay không hoàn toàn việc sử dụng phương pháp giúp đơn giản hóa toán - Phương pháp bảo toàn khối lượng thường sử dụng toán nhiều chất Các bước giải - Lập sơ đồ biến đổi chất trước sau phản ứng - Từ giả thiết toán tìm ∑m trước = ∑m sau (không cần biết phản ứng hoàn toàn hay không hoàn toàn) - Vận dụng định luật bảo toàn khối lượng để lập phương trình toán học, kết hợp kiện khác để lập hệ phương trình toán - Giải hệ phương trình THÍ DỤMINH HỌA Ví dụ1: Hoà tan hoàn toàn 3,9g kali vào 36,2g nước thu dung dịch có nồng độ A 15,47% B 13,97% C 14,0% D 4,04% Ví dụ2: Điện phân dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 KCl với điện cực trơ đến thấy khí bắt đầu thoát ởcảhai điện cực dừng lại thấy có 448 ml khí (đktc) thoát anot Dung dịch sau điện phân hoà tan tối đa 0,8 gam MgO Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm gam (coi lượng H2O bay không đáng kể) ? A 2,7 B 1,03 C 2,95 D 2,89 Ví dụ3: Cho 50 gam dung dịch BaCl2 20,8 % vào 100 gam dung dịch Na2CO3, lọc bỏ kết tủa dung dịch X Tiếp tục cho 50 gam dung dịch H2SO4 9,8% vào dung dịch X thấy 0,448 lít khí (đktc) Biết phản ứng xảy hoàn toàn Nồng độ % dung dịch Na2CO3 khối lượng dung dịch thu sau là: A 8,15% 198,27 gam B 7,42% 189,27 gam C 6,65% 212,5 gam D 7,42% 286,72gam Ví dụ4:X α - aminoaxit, phân tử chứa nhóm -NH2và nhóm -COOH Cho 0,89 gam X phản ứng vừa đủvới HCl thu 1,255 gam muối Công thức cấu tạo X là: A CH2 =C(NH2)-COOH B H2N-CH=CH-COOH C CH3-CH(NH2)-COOH D H2N-CH2-CH2-COOH Ví dụ5: Cho 15,6 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức, kếtiếp dãy đồng đẳng tác dụng hết với 9,2 gam Na, thu 24,5 gam chất rắn Hai ancol là: A CH3OH C2H5OH B C2H5OH C3H7OH C C3H5OH C4H7OH D C3H7OH C4H9OH Ví dụ6: Trùng hợp 1,680 lít propilen (đktc) với hiệu suất 70%, khối lượng polime thu là: A 3,150 gam B 2,205 gam C 4,550 gam D.1,850 gam Ví dụ7: 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 khối lượng xà phòng là: A 17,80 gam B.18,24 gam C 16,68 gam D.13,38 gam Ví dụ8: Cho 3,60 gam axit cacboxylic no, đơn chức X tác dụng hoàn toàn với 500ml dung dịch gồm KOH 0,12M NaOH 0,12M Cô cạn dung dịch thu 8,28 gam hỗn hợp chất rắn khan Công thức phân tử X là: A C2H5COOH B CH3COOH C HCOOH D C3H7COOH Ví dụ 9: Nung 14,2 gam hỗn hợp muối cacbonat kim loại hoá trị2 7,6 gam chất rắn khí X Dẫn toàn bộlượng khí X vào 100ml dung dịch KOH 1M khối lượng muối thu sau phản ứng là: A 15 gam B 10 gam C 6,9 gam D gam Ví dụ10: Nhiệt phân hoàn toàn M gam hỗn hợp X gồm CaCO3 Na2CO3 thu 11,6g chất rắn 2,24 lít khí đktc Hàm lượng % CaCO3 X là: A 6,25% B 8,62% C 50,2% D 62,5% Ví dụ11: Đun 27,6 gam hỗn hợp ancol đơn chức với H2SO4 đặc ở140 o C (H=100%) 22,2gam hỗn hợp ete có sốmol Số mol ete hỗn hợp là: A 0,3 B 0,1 C 0,2 D.0,05 Ví dụ12: Đốt cháy hoàn toàn 0,025 mol chất hữu X cần 1,12 lít O2(đktc), dẫn toàn sản phẩm thu qua bình đựng P2O5khan bình đựng Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng 0,9 gam, bình tăng 2,2 gam Công thức phân tử X là: A C2H4O B C3H6O C C3H6O2 D C2H4O2 Ví dụ13: Cho 20,2 gam hỗn hợp ancol tác dụng vừa đủvới K thấy thoát 5,6 lít H2(đktc) khối lượng muối thu là: A 3,92 gam B 29,4 gam C 32,9 gam D 31,6 gam Ví dụ14: Xà phòng hoá chất hữu cơX đơn chức muối Y ancol Z Đốt cháy hoàn toàn 4,8 gam Z cần 5,04 lít O2(đktc) thu lượng CO2 sinh nhiều lượng nước 1,2 gam Nung muối Y với vôi xút thu khí T có tỉ khối H2 Công thức cấu tạo X là: A C2H5COOCH3 C HCOOCH3 B CH3COOCH3 D CH3COOC2H5 Ví dụ15: Đốt cháy hoàn toàn 4,3 gam axit cacboxylic X đơn chức thu 4,48lít CO2 (đktc) 2,7 gam H2O Số mol X là: A 0,01mol B 0,02 mol C 0,04 mol D 0,05 mol Ví dụ16: Đốt cháy hoàn toàn x gam hỗn hợp X gồm propan, buten-2, axetilen thu 47,96g CO2và 21,42g H2O Giá trịX là: A 15,46 B 12,46 C 11,52 D 20,15 Ví dụ17: Đun nóng 5,14 gam hỗn hợp khí X gồm metan, hiđro ankin với xúc tác Ni, thu hỗn hợp khí Y Cho hỗn hợp Y tác dụng với dung dịch brom dưthu 6,048 lít hỗn hợp khí Z (đktc) có tỉkhối hiđro Độ tăng khối lượng dung dịch brom là: A 0,82 gam B 1,62 gam C 4,6 gam D 2,98 gam Ví dụ18: Hoà tan hoàn toàn 8,9 gam hỗn hợp kim loại dung dịch HCl dư 4,48 lít (đktc) Cô cạn dung dịch thu sau phản ứng lượng muối khan thu là: A 23,1 gam B 46,2 gam C 70,4 gam D 32,1 gam Ví dụ19 Hoà tan hoàn toàn 15,9 gam hỗn hợp gồm kim loại Al, Mg Cu dung dịch HNO3thu 6,72 lít khí NO (sản phảm khửduy nhất) dung dịch X Cô cạn cẩn thận dung dịch X lượng muối khan thu bao nhiêu? A 77,1 gam B 71,7 gam C 17,7 gam D 53,1 gam PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ I PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Nguyên tắc chung phương pháp dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố (BTNT); “Trong phản ứng hóa học thông thường, nguyên tốluôn bảo toàn” Điều có nghĩa là: “Tổng sốmol nguyên tửcủa nguyên tốX bất kỳtrước sau phản ứng nhau” - Điểm mấu chốt phương pháp phải xác định hợp phần có chứa nguyên tốX trước sau phản ứng, áp dụng ĐLBT nguyên tốvới X để rút mối quan hệ hợp phần từ đưa kết luận II CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP Dạng Từ nhiều chất ban đầu tạo thành sản phẩm Từ kiện đề →sốmol nguyên tốX chất đầu → tổng số mol sản phẩm tạo thành →số mol sản phẩm - Hỗn hợp kim loại oxit kim loại →hyđroxit kim loại →oxit - Al Al2O3+ oxit sắt hỗn hợp rắn →hyđroxit →Al2O3+ Fe2O3 ⇒ nAl2O3 (cuối)= nAl /2+ nAl2O3 (đầu); nFe2O3 (cuối)=∑nFe (đầu)/2 Dạng Từ chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm Từ kiện đề →tổng số mol ban đầu, số mol hợp phần cho →số mol chất cần xác định - Axit có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4 đặc, nóng) Muối + khí ⇒ nX(axit) = nX(muối) + nX(khí) (X: N S) - Khí CO2 (hoặc SO2) hấp thụvào dung dịch kiềm: nCO2 →nCO32- +n HCO3- ; nSO2 →nSO32- +n HSO3- Tính lưỡng tính Al(OH)3 Trường hợp Al3+ + OH- → Al(OH)3 + [Al(OH)4]- Trường hợp [Al(OH)4]- → Al(OH)3 +Al3+ ⇒ ΣnAl3+ = nAl(OH)3 + n[Al(OH)4]- Σn[Al(OH)4]- = nAl3+ + nAl(OH)3 - Hỗn hợp oxit kim loại + CO (H2) → hỗn hợp chất rắn + CO2(H2O) Theo định luật bảo toàn nguyên tốvới O: * Khi H = 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + n(hỗn hợp khí sau) = nO (rắn) + nhỗn hợp khí trước * Khi H < 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + - Bài toán cracking ankan: Ankan X hỗn hợp Y Mặc dù có biến đổi hóa học xảy trình cracking, Y thường hỗn hợp phức tạp (có thể có H2), phản ứng cracking xảy theo nhiều hướng, với hiệu suất H < 100% Nhưng ta chỉquan tâm đến bảo toàn nguyên tố C, H từ dễ dàng xác định tổng lượng nguyên tố Dạng Từ nhiều chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm Trong trường hợp không cần thiết phải tìm xác số mol chất, mà quan tâm đến hệ thức: ΣnX(đầu) =ΣnX(cuối) Tức quan tâm đến tổng số mol nguyên tốtrước sau phản ứng Nếu biết ΣnX(đầu) ⇒ ΣnX(cuối) ngược lại Dạng Bài toán đốt cháy hóa hữu Xét đốt cháy tổng quát: CxHyOzNt+ O2 →CO2+ H2O + N2 Theo ĐLBT nguyên tố : nC= nCO2 ;nH = 2nH2O; nN = 2nH2 ⇒nO = 2nCO2 + nH20 -2nO2 Phương pháp bảo toàn khối lượng nguyên tốvới O sửdụng phổ biến toán hóa hữu * Chú ý: Đối với trường hợp đốt cháy hợp chất hữu cơchứa Nitơ không khí, lượng nitơ thu sau phản ứng là: nN2(sau pư) = nN2(từ pư cháy) + nN2(kk) Để áp dụng tốt phương pháp BTNT, cần ý số điểm sau: * Hạn chế viết phương trình phản ứng mà thay vào nên viết sơ đồphản ứng (sơ đồ hợp thức, có ý hệ số) biểu diễn biến đổi nguyên tố quan tâm * Đề thường cho (hoặc qua kiện toán tính được) số mol nguyên tố quan tâm, từ xác định lượng (mol, khối lượng) chất III CÁC VÍ DỤ Ví dụ1: Hoà tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe 0,1 mol Fe2O3 vào dung dịch HCl dư dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với NaOH dư thu kết tủa Lọc kết tủa, rửa đem nung không khí đến khối lượng không đổi thu m gam chất rắn Y Giá tri m A 16,0 B 30,4 C 32,0 D 48,0 Ví dụ2: Đun nóng hỗn hợp bột X gồm 0,06 mol Al, 0,01 mol Fe3O4, 0,015 mol Fe2O3và 0,02 mol FeO thời gian Hỗn hợp Y thu sau phản ứng hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl dư, thu dung dịch Z Thêm NH3 vào Z dư, lọc kết tủa T, đem nung không khí đến khối lượng không đổi thu m gam chất rắn Giá trịcủa m A 6,16 B 6,40 C 7,78 D 9.46 Ví dụ3: Đốt cháy 9,8 gam bột Fe không khí thu hỗn hợp rắn X gồm FeO, Fe3O4và Fe2O3 Để hoà tan X cần dùng vừa hết 500ml dung dịch HNO3 1,6M, thu V lít khí NO (sản phẩm khửduy nhất, đktc) Giá trị V A 6,16 B 10,08 C 11,76 D 14,0 Ví dụ4: Lấy a mol NaOH hấp thụ hoàn toàn 2,64 gam khí CO2, thu 200ml dung dịch X Trong dung dịch X không NaOH nồng độ ion CO 32- 0,2M a có giá trị : A 0,06 B 0,08 C 0,10 D 0,12 Ví dụ5: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS2và y mol Cu2S vào axit HNO3(vừa đủ), thu dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) khí NO Tỉ số x/y A 6/5 B 2/1 C 1/2 D 5/6 Ví dụ6: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm C3H8, C4H6, C5H10 C6H6 thu 7,92 gam CO2và 2,7 gam H2O, m có giá trị A 2,82 B 2,67 C 2,46 D 2,31 Ví dụ7: Tiến hành cracking nhiệt độ cao 5,8 gam butan Sau thời gian thu hỗn hợp khí X gồm CH4 , C2H6, C2H4, C3H6và C4H10 Đốt cháy hoàn toàn X khí oxi dư, dẫn toàn bộsản phẩm sinh qua bình đựng H2SO4 đặc Độ tăng khối lượng bình H2SO4 đặc A 9,0 gam B 4,5 gam C 18,0 gam D 13,5 gam Ví dụ8: Đốt cháy hoàn toản 0,1 mol anđehit đơn chức X cần dùng vừa đủ12,32 lít khí O2(đktc), thu 17,6 gam CO2, X anđehit đây? A CH=C-CH2-CHO C CH2=CH-CH2-CHO B CH3-CH2-CH2-CHO D CH2=C=CH-CHO Ví dụ9: X ancol no, mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol X cần 5,6 gam oxi, thu nước 6,6 gam CO2 Công thức X A C2H4(OH)2 B C3H7OH C C3H6(OH)2 D C3H5(OH)3 Ví dụ10: Đốt cháy hoàn toàn m gam amin đơn chức X lượng không khí vừa đủ thu 1,76 gam CO2; 1,26 gam H2O V lít N2(đktc) Giả thiết không khí gồm N2 O2 oxi chiếm 20% thể tích Công thức phân tửcủa X thể tích V A X C2H5NH2; V = 6,72 1ít B X C3H7NH2; V = 6,944 1ít C X C3H7NH2; V = 6,72 1ít D X C2H5NH2; V = 6,944 1ít