PHƯƠNG PHÁP 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 thơng thường, ngun tố ln bảo tồn” Điều có nghĩa là: “Tổng số mol nguyên tử nguyên tố X trước sau phản ứng nhau” - Điểm mấu chốt phương pháp phải xác định hợp phần có chứa nguyên tố X trước sau phản ứng, áp dụng ĐLBT nguyên tố với X để rút mối quan hệ hợp phần từ đưa kết luận II CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP Phương pháp bảo tồn ngun tố áp dụng cho hầu hết dạng tập, đặc biệt dạng hỗn hợp nhiều chất, xảy nhiều biến đổi phức tạp Dưới số dạng tập điển hình Dạng Từ nhiều chất ban đầu tạo thành sản phẩm Từ kiện đề số mol nguyên tố X chất đầu tổng số mol sản phẩm tạo thành số mol sản phẩm - Hỗn hợp kim loại oxit kim loại hyđroxit kim loại oxit t - Al Al2O3 + oxit sắt ⇒ n Al O (cuối) = hỗn hợp rắn hyđroxit Al2O3 + Fe2O3 n Al + n Al O (đầu) ; n Fe O (cuối) = 3 ∑n (đầu) Fe 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) Kim loại Muối + khí ⇒ nX (axit) = nX (muối) + nX (khí) (X: N S) - Khí CO2 (hoặc SO2) hấp thụ vào dung dịch kiềm: 2  2 CO2  CO3 + HCO3 ⇒ n CO = n CO3 2 + n  SO2  SO3 + HSO3  HCO3 ⇒ n SO = n 2 SO3 + n  HSO3 17 - Tính lưỡng tính Al(OH)3 Trường hợp O Trường hợp  Al    H Al(OH)3 + [Al(OH)4] 3+ ⇒ ∑n Al3 = n   + n Al(OH) [Al(OH)3 ] H [Al(OH)4]    Al(OH)3 + Al ⇒ ∑n [Al(OH)4 ] = n Al3 3+ + n Al(OH) t0 - Hỗn hợp oxit kim loại + CO (H2)    hỗn hợp chất rắn + CO2 (H2O) Theo định luật bảo toàn nguyên tố với O: * Khi H = 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + nhỗn hợp khí sau = nO (rắn) + nhỗn hợp khí trước * Khi H < 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + mhỗn hợp khí sau - mhỗn hợp khí 16 - Bài toán cracking ankan: Ankan X cracking 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 quan tâm đến bảo toàn nguyên tố C, H từ dễ dàng xác định tổng lượng nguyên tố ∑ n C(Y) ∑ n C(X) Thông thường đề cho số mol ankan X   ∑ n H(Y) ∑ n H(X)  Dạng Từ nhiều chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm Trong trường hợp khơng cần thiết phải tìm xác số mol chất, mà quan tâm đến hệ thức: ∑n X(đầu) = ∑n X(cuối) Tức quan tâm đến tổng số mol nguyên tố trước sau phản ứng Nếu biết ⇒ ∑n X(cuối) ∑n X( đầu) ngược lại Với dạng này, đề thường yêu cầu thiết lập hệ thức dạng tổng quát số mol chất Dạng Bài toán điốt cháy hóa hữu t0 CO + H O + N Xét đốt cháy tổng quát: CxHyOzNt + O2  2 nC = n CO Theo ĐLBT nguyên tố: nH = n H O ⇒ n O(C nN = n N x H y Oz N t ) = n CO + n H O - n O 2 18 Phương pháp bảo toàn khối lượng nguyên tố với O sử dụng phổ biến tốn hóa hữu * Chú ý: Đối với trường hợp đốt cháy hợp chất hữu chứa Nitơ khơng khí, lượng nitơ thu sau phản ứng là: n N (sau phản ứng) = nN (từ phản ứng đốt cháy) + nN (từ khơng khí) 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 đồ phản ứng (sơ đồ hợp thức, có ý hệ số) biểu diễn biến đổi nguyên tố quan tâm * Đề thường cho (hoặc qua kiện tốn tính được) số mol nguyên tố quan tâm, từ xác định lượng (mol, khối lượng) chất III CÁC VÍ DỤ Ví dụ 1: Hồ 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 khơng đổi thu m gam chất rắn Y Giá tri m A 16,0 B 30,4 C 32,0 D 48,0 Giải: F  HC  t0 NaOH    Fe(OH)2   FeCl   e l  2O   Y Fe Sơ đồ : X     FeC   Fe(OH)    Fe 2O l n 0,2 Theo BTNT với Fe: nFe2O3(Y) = Fe n Fe O (X)   0,1 0,2 mol ⇒ m = 0,2.160 = 32,0  Đáp án2 C Ví dụ 2: Đun nóng hỗn hợp bột X gồm 0,06 mol Al, 0,01 mol Fe3O4, 0,015 mol Fe2O3 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 ngồi khơng khí đến khối lượng không đổi thu m gam chất rắn Giá trị m A 6,16 B 6,40 Giải: Theo BTNT với Al: n Al2O3 = n Al 0,03 mol = C 7,78 D 9.46 19 Theo BTNT với Fe: ∑n Fe 2O3 n Fe 3n Fe3O4 (X)  n Fe O (X) 0,04 mol 2 = ⇒ m = n Al2O3 n Fe2O3 0,06.102  0,04.160 9,46 ⇒ Đáp án D Ví dụ 3: Đốt cháy 9,8 gam bột Fe khơng khí thu hỗn hợp rắn X gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 Để hoà tan X cần dùng vừa hết 500ml dung dịch HNO3 1,6M, thu V lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Giá trị V A 6,16 B 10,08 C 11,76 D 14,0 Giải: O t HN 2, Sơ đồ phản ứng : Fe     X   OFe(NO ) NO  Theo BNTN với Fe: n Fe(NO3 )3 = nFe = 0,175mol Theo BNTN với N: nNO = n HNO3 – n Fe(NO3 )3 = 0,5.1,6 – 3.0,175 = 0,275 mol ⇒ V = 0,275 22,4 = 6,16 Đáp án A Ví dụ 4: Lấy a mol NaOH hấp thụ hoàn toàn 2,64 gam khí CO2, thu 200ml dung dịch 2 X Trong dung dịch X khơng NaOH nồng độ ion CO3 0,2M a có giá trị : A 0,06 B 0,08 C 0,10 D 0,12 Giải: Sơ đồ phản ứng : CO2 + NaOH  Na2CO3 + NaHCO3 Theo BNTN với C : n NaHCO n CO n Na CO  2 2,64 0,2.0,2 0,02mol 4 Theo BNTN với Na: a = n Na 2CO + n NaHCO = 0,04 + 0,02 = 0,1 Đáp án C Ví dụ 5: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS2 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 Giải: 2 X chứa muối sunfat, khí NO ⇒ S chuyển hết thành SO 2 2FeS  Fe (SO ) ; Cu 2S 2CuSO Sơ đồ biến đổi: 0,5x y 2y x Theo BTNT với S: 2x + y = 3.0,5x + 2y 0,5x = y x/y = 2/1 ⇒ Đáp án B 20 Ví dụ 6: Đốt cháy hồn tồn m gam hỗn hợp X gồm C3H8, C4H6, C5H10 C6H6 thu 7,92 gam CO2 2,7 gam H2O, m có giá trị A 2,82 B 2,67 C 2,46 D 2,31 Giải: O2 , Sơ đồ phản ứng: X {C3H8 , C4H6 , C5H10 , C6H6}    t  Theo BTNT với C H: m = mc + mH = CO  H O 7,92 2,7 x12  2,46 ⇒ Đáp án C 44 Ví dụ 7: Tiến hành cracking nhiệt độ cao 5,8 gam butan Sau thời gian thu hỗn hợp khí X gồm CH4 , C2H6, C2H4, C3H6 C4H10 Đốt cháy hoàn toàn X khí oxi dư, dẫn tồn sản 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 Giải: O t cracking Sơ đồ phản ứng : C4H10    X     H22,O Khối lượng bình H2SO4 đặc tăng lên khối lượng H2O bị hấp thụ Theo BTNT với H: n H O  n H 10n C 4H10 5,8  5 0,5 mol 58 ⇒ n H 2O = 0,5.18 = 9,0 gam Đáp án A Ví dụ 8: Đốt cháy hoàn toản 0,1 mol anđehit đơn chức X cần dùng vừa đủ 12,32 lít khí O2 (đktc), thu 17,6 gam CO2, X anđehit đây? A CH=C-CH2-CHO B CH3-CH2-CH2-CHO C CH2=CH-CH2-CHO D CH2=C=CH-CHO Giải: n O2 = 0,55 mol; n CO = 0,4 mol Nhận xét: X anđehit đơn chức ⇒ nO(X) = nX = 0,1 mol Theo ĐLBT nguyên tố với O : n H2O = n O(H2O) = nX + n O2 - n CO = 0,1+2.0,55-2.0,4 = 0,4 mol Nhận thấy: n H 2O n CO2 0,4mol  n CO2 4n X  ⇒ X CH3 – CH2 – CH2 – CHO Đáp án B 21 Ví dụ 9: 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 Giải: n O2 = 0,175mol; n CO = 0,15mol Sơ đồ cháy: X + O2  CO2 + H2O n H2O n X n CO2 = 0,05+0,15 = 0,2 mol Vì X ancol no, mạnh hở Theo ĐLBT nguyên tố với O : nO(X) = 2n CO2 n H 2O 2n O2 = 2.0,15 + 0,2 – 2.0,175 = 0,15mol  Nhận thấy  n CO  3n X n O(X) ⇒ X C3H5(OH)3 ⇒ Đáp án D X Ví dụ 10: Đốt3n cháy hồn toàn m gam amin đơn chức X lượng khơng khí vừa đủ thu 1,76 gam CO2; 1,26 gam H2O V lít N2 (đktc) Giả thiết khơng khí gồm N2 Và O2 oxi chiếm 20% thể tích Cơng thức phân tử 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 Giải: n CO = 0,04 mol; n H2O = 0,07 mol n H 0,07.2   ⇒ X C2H5NH2 nC 0,04 Sơ đồ cháy: 2C2H5NH2 + O2  4CO2 + 7H2O + N2 Nhận thấy: Theo ĐLBT nguyên tố với N: n N (từ phản ứng đốt cháy) = Theo ĐLBT nguyên tố với O: n CO + n X 0,02  0,01mol 2 n H 2O 0,07 0,04  0,075mol 2 ⇒ n N (từ khơng khí) = 4n O2 = 0,075 = 0,3 mol ⇒ ∑n N (thu được) = n N (từ phản ứng đốt cháy) + n N ⇒ V= 22,4.0,31 = 6,944 lít ⇒ Đáp án D (từ khơng khí)= 0,01 + 0,3 = 0,31 mol 22 IV BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu : Hỗn hợp chất rắn X gồm 0,1 mol Fe2O3 0,1 mol Fe3O4 Hoà tan hoàn toàn X dung dịch HCl dư, thu dung dịch Y Cho NaOH dư vào Y, thu kết tủa Z Lọc lấy kết tủa, rửa đem nung khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu chất rắn có khối lượng A 32,0 gam B 16,0 gam C 39,2 gam D 40,0 gam Câu : Cho 4,48 lít khí CO (ở đktc) từ từ qua ống sứ nung nóng đựng gam oxit sắt đến phản ứng xảy hồn tồn Khí thu sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro 20 Cơng thức oxit sắt phần trăm thể tích khí CO2 hỗn hợp khí sau phản ứng là: A FeO; 75% B Fe2O3; 75% C Fe2O3; 65% D Fe3O4; 75% Câu : Hỗn hợp A gồm etan, etilen, axetilen butađien-1,3 Đốt cháy hết m gam hỗn hợp A Cho sản phẩm cháy hấp thụ vào dung dịch nước vôi dư, thu 100 gam kết tủa khối lượng dung dịch nước vôi sau phản ứng giảm 39,8 gam Trị số m A 13,8 gam B 37,4 gam C 58,75 gam D 60,2 gam Câu : Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) khí NO Giá trị m A 0,06 B 0,04 C 0,12 D 0,075 Câu : Đốt cháy hoàn toàn thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan oxi khơng khí (trong khơng khí, oxi chiếm 20% thể tích), thu 7,84 lít khí CO2 (ở đktc) 9,9 gam nước Thể tích khơng khí (ở đktc) nhỏ cần dùng để đốt cháy hồn tồn lượng khí thiên nhiên A 70,0 lít B 78,4 lít C 84,0 lít D 56,0 lít Câu : Dẫn V lít (ở đktc) hỗn hợp X gồm axetilen hiđro qua ống sứ đựng bột niken nung nóng, thu khí Y Dẫn Y vào lượng dư AgNO3 (hoặc Ag2O) dung dịch NH3 thu 12 gam kết tủa Khí khỏi dung dịch phản ứng vừa đủ với 16 gam brom lại khí Z Đốt cháy hồn tồn khí Z thu 2,24 lít khí CO2 (ở đktc) 4,5 gam nước Giá trị V A 5,6 B 13,44 C 11,2 D 8,96 Câu 7: Hoà tan hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp gồm Al Al4C3 vào dung dịch KOH (dư), thu x mol hỗn hợp khí dung dịch X Sục khí CO2 (dư) vào dung dịch X, lượng kết tủa thu 46,8 gam Giá trị x A 0,55 B 0,60 C 0,40 D 0,45 2 Câu : Hoà tan hoàn toàn m gam oxit FexOy dung dịch H2SO4 đặc nóng vừa đủ, có chứa 0,075 mol H2SO4, thu z gam muối 168ml khí SO2 (sản phẩm khử nhất, đo đktc) Oxit FexOy A FeO B Fe2O3 C Fe3O4 D FeO Fe3O4 Câu 9: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,27 gam bột nhôm 2,04 gam bột Al2O3 dung dịch NaOH dư thu dung dịch X Cho CO2 dư tác dụng với dung dịch X thu kết tủa Y, nung Y nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu chất rắn Z Biết hiệu suất phản ứng đạt 100% Khối lượng Z A 2,04 gam B 2,31 gam C 3,06 gam D 2,55 gam Câu 10 : Đun nóng 7,6 gam hỗn hợp A gồm C2H2, C2H4 H2 bình kín với xúc tác Ni thu hỗn hợp khí B Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp B, dẫn sản phẩm cháy thu qua bình đựng H2SO4 đặc, bình đựng Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình tăng 14,4 gam Khối lượng tăng lên bình A 6,0 gam B 9,6 gam C 35,2 gam D 22,0 gam Câu 11 : Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp hai ancol đơn chức dãy đồng đẳng dùng vừa đủ V lít khí O2 (đktc), thu 10,08 lít CO2 (đktc) 12,6 gam H2O Giá trị V A 17,92 lít B 4,48 lít C 15,12 lít D 25,76 lít Câu 12 : Đốt cháy hỗn hợp hidrocacbon X thu 2,24 lít CO2 (đktc) 2,7 gam H2O Thể tích O2 tham gia phản ứng cháy (đktc) A 2,80 lít B 3,92 lít C 4,48 lít D 5,60 lít Câu 13 : Dung dịch X gồm Na2CO3, K2CO3, NaHCO3 Chia X thành hai phần : - Phần 1: tác dụng với nước vôi dư 20 gam kết tủa - Phần 2: tác dụng với dung dịch HCl dư V lít khí CO2 (đktc) Giá trị V là: A 2,24 B 4,48 D 3,36 C 6,72 Câu 14 : Chia hỗn hợp gồm : C3H6, C2H4, C2H2 thành phần nhau: - Đốt cháy phần thu 2,24 lít khí CO2 (đktc) - Hiđro hoá phần đốt cháy hết sản phẩm thể tích CO2 (đktc) thu là: A 2,24 lít lít B 1,12 lít C 3,36 lít D 4,48 ĐÁP ÁN 1D 10D 2B 3A 7B 8C 9D 11C 4A 5A 6C ... to n nguyên tố với O: * Khi H = 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + nhỗn hợp khí sau = nO (rắn) + nhỗn hợp khí trước * Khi H < 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + mhỗn hợp khí sau - mhỗn hợp khí 16 - Bài to n... tan hoàn to n hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) khí NO Giá trị m A 0,06 B 0,04 C 0,12 D 0,075 Câu : Đốt cháy hoàn to n thể... (sơ đồ hợp thức, có ý hệ số) biểu diễn biến đổi nguyên tố quan tâm * Đề thường cho (hoặc qua kiện to n tính được) số mol nguyên tố quan tâm, từ xác định lượng (mol, khối lượng) chất III CÁC VÍ DỤ