CHUYÊN ĐỀ 3 : PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN T Ố
Dạng 2: Tính số mol ; thể tích khí ; khối l ượng của các chất ban đầu hoặc các chất sản phẩm
Phương pháp giải
-Bước 1 : Dựa vào giả thiết lập sơ đồ chuyển hóa giữa các chất.
-Bước 2 : Dựa vào yêu cầu của đề bài để xác định xem cần áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với một hay nhiều nguyên tố mà cụ thể là những nguyên tố nào.
-Bước 3 : Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố : “ Tổng số mol nguyên tố trước và sau phản ứng luôn bằng nhau” để tìm ra kết quả mà đề bài yêu cầu.
► Các ví dụ minh họa đối với dạng 2 ◄
● Các ví dụ dành cho học sinh lớp 10
Ví dụ 5: Cho V lít hỗn hợp khí gồm H2S và SO2tác dụng với dung dịch brom dư. Thêm dung dịch BaCl2 dư vào hỗn hợp trên thì thuđược 2,33 gam kết tủa. Giá trị của V là :
A. 0,112 lít. B. 2,24 lít. C. 1,12 lít. D. 0,224 lít.
Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng :
H2S + 4Br2 + 4H2O 8HBr + H2SO4
SO2 + Br2 + 2H2O 2HBr + H2SO4
H2SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2HCl
n(H S,SO )2 2 nH SO2 4 nBaSO4 2, 33233 0, 01 mol V(H S,SO )2 2 0,01.22,4 = 0,224 lít.
Đáp án D.
Ví dụ 6: Cho hỗn hợp Fe và FeS tác dụng với dung dịch HCl (d ư), thu được 2,464 lít hỗn hợp khí ở điều kiện tiêu chuẩn. Dẫn hỗn hợp khí này qua dung dịch Pb(NO3)2 dư, sinh ra 23,9 gam kết tủa đen.
Phần trăm khối lượng của Fe và FeS trong hỗn hợp lần lượt là :
A. 5,98% và 94,02%. B. 94,02% và 5,98%.
C. 25% và 75%. D. 75% và 25%.
Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng :
Fe + HCl FeCl2 +H2 (1) FeS + HCl FeCl2 + H2S (2)
Áp định luật bảo toàn nguyên tố đối với lưu huỳnh ta có :
FeS H S2 PbS
23, 9
n n n 0,1
239 mol.
H2
2, 464
n 0,1 0, 01
22, 4
mol
Fe H2
n n 0, 01 mol
Vậy phần trăm về khối lượng của Fe và FeS trong hỗn hợp ban đầu là :
%Fe = 0, 01.56
.100% 5, 98%
0, 01.56 0,1.88
; %FeS = (100– 5,98)% = 94,02%
Đáp án A.
Ví dụ 7: Cho hỗn hợp gồm 0,3 mol Fe, 0,15 mol Fe2O3và 0,1 mol Fe3O4 tác dụng hết với dung dịch H2SO4 loãng thuđược dung dịch A. Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch NaOH d ư, lọc kết tủa đem nung trong không khí đ ến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn C. Tính m
A. 70. B. 72. C. 65. D. 75.
Hướng dẫn giải
Tổng số mol nguyên tố Fe trong hỗn hợp Fe, Fe2O3, Fe3O4 là : 0,3 + 0,15.2 + 0,1.3 = 0,9 mol.
Sau tất cả các phản ứng thu đ ược chất rắn C là Fe2O3 số mol Fe2O3 thu được là 0,45 mol.
Khối lượng Fe2O3thu được là: 0,45.160 = 72 gam.
Đáp án B.
● Các ví dụ dành cho học sinh lớp 11
Ví dụ 8: Hòa tan hết 0,02 mol Al và 0,03 mol Cu vào dung dịch HNO3, cô cạn dung dịch sau phản ứng và nung đến khối lượng không đổi thì thuđược m gam chất rắn. Giá trị của m là :
A. 3,42 gam. B. 2,94 gam. C. 9,9 gam. D. 7,98 gam.
Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng :
2Al 2Al(NO3)3 Al2O3 (1) 0,02 0,02 0,01 Cu Cu(NO3)2 CuO (2) 0,03 0,03 0,03
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho sơ đồ (1), (2) ta thấy :
2 3
nAl O 0, 01mol ; nCuO0, 03mol
Vậy khối lượng chất rắn thu được là : 0,01.102 + 0,03.80 = 3,42 gam.
Đáp án A.
Ví dụ 9: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS2 và y mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO. Tỉ lệ x : y là :
A. 1 : 3. B. 3 : 1. C. 1 : 2. D. 2 : 1.
Hướng dẫn giải Sơ đồ phản ứng :
2FeS2 + Cu2S Fe2(SO4)3 + 2CuSO4 (1) Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho sơ đồ (1), ta thấy :
2
2
FeS Cu S
n 2
n 1 x : y = 2 : 1 Đáp án D.
Ví dụ 10: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm CH4, C3H6 và C4H10 thu được 4,4 gam CO2 và 2,52 gam H2O. m có giá trị là :
A. 1,48 gam. B. 2,48 gam. C. 14,8 gam. D. 24 gam.
Hướng dẫn giải
X C H
4, 4 2, 52
m m m .12 .2 1, 2 0, 28 1, 48
44 18 gam.
Đáp án A.
Ví dụ 11: Tách nước hoàn toàn từ hỗn hợp X gồm 2 rượu A và B ta được hỗn hợp Y gồm các olefin.
Nếu đốt cháy hoàn toàn X thì thu được 1,76 gam CO2. Vậy khi đốt cháy hoàn toàn Y thì tổng khối lượng nước và CO2 tạo ra là :
A. 2,94 gam. B. 2,48 gam. C. 1,76 gam. D. 2,76 gam.
Hướng dẫn giải
Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có:
C(X) C(Y) CO2 0, 04
n n n mol
Mà khi Y O2
CO2
n =
H O2
n = 0,04 mol
mCO2 H O2 1, 76 ( 0, 04.18) 2, 48gam.
Đáp án B.
Ví dụ 12: Chia hỗn hợp 2 anđehit no đơn chức thành 2 phần bằng nhau : - Đốt cháy hoàn toàn phần 1 thu được 0,54 gam H2O.
- Phần 2 cộng H2(Ni, to) thu được hỗn hợp A.
Nếu đốt cháy hoàn toàn A thì thể tích khí CO2thu được (đktc)là :
A. 0,112 lít. B. 0,672 lít. C. 1,68 lít. D. 2,24 lít.
Hướng dẫn giải Đốt cháy hỗn hợp là anđehit no, đơn chức
2 2
CO H O
n n 0,03 mol
Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta có :
1 2
C(A) C(P ) C(P )
n n n 0,03 mol
CO2
V 0,672 lít.
Đáp án B.
Ví dụ 13: Cho hỗn hợp khí X gồm CH3CHO và H2 đi qua ống sứ đựng bột Ni nung nóng. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được hỗn hợp khí Y gồm hai chất. Đốt cháy hết hết Y t hu được 11,7 gam H2O và 7,84 lít CO2(đktc). Phần trăm theo thể tích của H2 trong X là :
A. 63,16%. B. 46,15%. C. 53,85%. D. 35,00%.
Hướng dẫn giải
Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta thấy : Thành phần nguyên tố trong hỗn hợp X và Y là như nhau nên ta suy ra đốt cháy hỗn hợp Y cũng nh ư đốt cháy hỗn hợp X.
Phương trình phản ứng :
2CH3CHO + 5O2 4CO2 + 4H2O (1) mol : 0,175 0,35 0,35
2H2 + O2 2H2O (2)
mol : 0,3 (0,65– 0,35) = 0,3
Theo các phản ứng và giả thiết suy ra phần trăm thể tích của hiđro trong hỗn hợp là :
% H2 = 0, 3
.100% 63,16%
0,175 0, 3
.
Đáp án A.
Ví dụ 14: Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol một axit cacboxylic đơn chức cần vừa đủ V lít O2 (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. 6,72 lít. D. 4,48 lít.
Hướng dẫn giải
Axit cacbonxylic đơn ch ức có 2 nguyên tử O nên có thể đặt là ROOH.
2 2 2
O ( ROOH ) O (O ) O (CO ) O ( H O )
n n n n 0,1.2 +
O (O )2
n = 0,3.2 + 0,2.1
nO (O )2 = 0,6 mol nO2 0,3 mol
O2
V 6,72lít.
Đáp án C.
Ví dụ 15: Hỗn hợp X gồm rượu no đơn chức A và axit no đơn chức B. Chia thành 2 phần bằng nhau.
- Phần 1: Bị đốt cháy hoàn toàn thấy tạo ra 2,24 lít CO2(đktc) - Phần 2: Được este hóa hoàn toàn và vừa đủ thu được este E.
Khi đốt cháy este E thì lượng nước sinh ra là :
A. 1,8 gam. B. 3,6 gam. C. 19,8 gam. D. 2,2 gam.
Hướng dẫn giải Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có :
2 1
C(este) C(P ) C(P ) 0,1
n n n mol
Este no, đơn chức 2
2
O
H O C C(este)
n n n 0,1 mol
mH O2 0,1.18 1,8gam.
Đáp án A.
● Các ví dụ dành cho học sinh lớp 12
Ví dụ 16: Điện phân 200 ml dung dịch CuSO4(dung dịch X) với điện cực trơ sau thời gian ngừng điện phân thì thấy khối lượng X giảm. Dung dịch sau điện phân tác dụng vừa đủ với 500 ml dung dịch BaCl20,3M tạo kết tủa trắng. Cho biết khối l ượng riêng dung dịch CuSO4 là 1,25 g/ml; sau điện phân lượng H2O bay hơi không đáng k ể. Nồng độ mol/lít và nồng độ % dung dich CuSO4 trước điện phân là :
A. 0,35M, 8%. B. 0,52, 10%. C. 0,75M, 9,6%. D. 0,49M, 12%.
Hướng dẫn giải Khi điện phân dung dịch CuSO4, ion SO42-
không bị điện phân nên áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố ta có :
4 4 2
CuSO BaSO BaCl
n n n 0,15 mol.
Nồng độ mol của dung dịch CuSO4 là : CM = 0,15
0, 2 = 0,75M.
Nồng độ % của dung dịch CuSO4 là : C% = 0,15.160 .100%
200.1, 25 9,6%.
Đáp án C.
Ví dụ 17: Khử hoàn toàn 24 gam hỗn hợp CuO và FexOy bằng H2 dư ở nhiệt độ cao thu được 17,6 gam hỗn hợp 2 kim loại. Khối lượng H2O tạo thành là :
A. 1,8 gam. B. 5,4 gam. C. 7,2 gam. D. 3,6 gam.
Hướng dẫn giải Thực chất phản ứng khử các oxit trên là
H2 + O H2O
mO (trong oxit) = moxit mkim loại = 24 17,6 = 6,4 gam.
O H O2
m 6,4gam
H O2 O
n n 6, 4 0, 4
16 mol
H O2
m 0, 4.187, 2gam
Ví dụ 18: 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 cho ra 4,48 lít khí H2(đktc). Tính m ?
A. 23,2 gam. B. 46,4 gam. C. 11,2 gam. D. 16,04 gam.
Hướng dẫn giải Sơ đồ phảm ứng:
Fe3O4 (FeO, Fe) 3FeSO4
4 24
Fe trong FeSO SO
n n 0,3 mol
Đặt số mol của Fe3O4 là n
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe :
3 4 4
Fe trongFe O Fe trongFeSO
n n
3n = 0,3 n = 0,1
mFe O3 4 23,2 gam.
Đáp án A.
Ví dụ 19: Thổi từ từ V lít hỗn hợp khí (đktc) gồm CO và H2 đi qua một ống đựng 16,8 gam hỗn hợp 3 oxit : CuO, Fe3O4, Al2O3 nung nóng, phản ứng hoàn toàn. Sau phản ứng thu được m gam chất rắn và một hỗn hợp khí và hơi nặng hơn khối lượng của hỗn hợp V là 0,32 gam. Tính V và m.
A. 0,224 lít và 14,48 gam. B. 0,448 lít và 18,46 gam.
C. 0,112 lít và 12,28 gam. D. 0,448 lít và 16,48 gam.
Hướng dẫn giải Thực chất phản ứng khử các oxit trên là :
CO + O CO2
H2 + O H2O
Khối lượng hỗn hợp khí tạo thành nặng hơn hỗn hợp khí ban đầu chính là khối lượng của nguyên tử oxi trong các oxit tham gia phản ứng. Do vậy :
mO = 0,32 gam O 0,32
n 0,02 mol
16 nCOnH20,02 mol. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có :
moxit = mchất rắn + 0,32
16,8 = m + 0,32 m = 16,48 gam.
V(CO H ) 2 0, 02.22, 40, 448lít.
Đáp án D.
Ví dụ 20: Cho 4,48 lít CO (đktc) t ừ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Công thức của oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO2 trong hỗn hợp khí sau phản ứng là :
A. FeO; 75%. B. Fe2O3; 75%. C. Fe2O3; 65%. D. Fe3O4; 65%.
Hướng dẫn giải Phương trình phản ứng :
FexOy + yCO xFe + yCO2
Khí thu được có M40 gồm 2 khí CO2 và CO dư
CO2
CO
n 44 12
40
n 28 4
CO2
CO
n 3
n 1
CO2
%V 75%. Mặt khác:
CO ( ) CO2
n n 75 .0, 2 0,15
100
p. mol nCO dư = 0,05 mol.
Thực chất phản ứng khử oxit sắt là do CO + O (trong oxit sắt) CO2
nCO = nO (trong oxit sắt) = 0,15 mol mO= 0,15.16 = 2,4 gam.
mFe = 8 2,4 = 5,6 gam nFe = 0,1 mol.
Ta có: Fe
O
n x 0,1 2
n y 0,15 3 Oxit sắt có công thức là Fe2O3. Đáp án B.
Ví dụ 21: Đem 11,2 gam Fe để ngoài không khí, sau một thời gian thu được một hỗn hợp gồm Fe và các oxit. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp đó trong dung dịch H2SO4 đặc, nóng dư thu được 3,36 lít khí SO2 (đktc). Số mol H2SO4 đã tham gia phản ứng là :
A. 0,4 mol. B. 0,3 mol. C. 0,5 mol. D. 0,45 mol.
Hướng dẫn giải Sơ đồ phảm ứng :
Fe (FeO, Fe3O4, Fe2O3, Fe) Fe2(SO4)3 + SO2 + H2O (1)
mol : 0,2 0,1 0,15
Căn cứ vào sơ đồ (1) và áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố ta có :
2 4 42 2 4 3 2
H SO SO trong Fe (SO ) SO
n n n 0,1.3 0,15 0, 45 mol.
Đáp án D.
4. Bài tập áp dụng :
4.1. Bài tập dành cho học sinh lớp 10
Câu 1: Cho hỗn hợp gồm 0,15 mol Fe, 0,075 mol Fe2O3và 0,05 mol Fe3O4 tác dụng hết với dung dịch H2SO4 loãng thuđược dung dịch A. Cho dung dịch A tác dụng hếtvới dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa đem nung trong không khí đến khối l ượng không đổi thuđược m gam chất rắn C. Giá trị của m là :
A. 36. B. 72. C. 65. D. 75.
Câu 2: Khử 16 gam Fe2O3 thu được hỗn hợp A gồm Fe, Fe2O3,FeO, Fe3O4. Cho A tác dụng hết với dung dịch H2SO4đặc, nóng. Khối lượng muối sunfat tạo ra trong dung dịch là :
A. 48 gam. B. 50 gam. C. 32 gam. D. 40 gam.
Câu 3: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,1 mol Fe2O3 và 0,2 mol FeO vào dung dịch HCl dư thu đượcdung dịch A. Cho NaOH dư vào dung dịch A thu được kết tủa B. Lọc lấy kết tủa B rồi đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn, m có giá trị là :
A. 16 gam. B. 32 gam. C. 48 gam. D. 52 gam.
Câu 4: Cho hỗn hợp X gồm SO2 và O2 theo tỷ lệ số mol 1:1 đi qua V2O5 xúc tác, đun nóng thu đư ợc hỗn hợp Y có khối lượng 19,2 gam. Hoà tan Y vào nước sau đó thêm Ba(NO3)2 dư thu được 37,28 gam kết tủa. Hiệu suất phản ứng SO2 + O2 là :
A. 40%. B. 75%. C. 80%. D. 60%.
4.2. Bài tập dành cho học sinh lớp 11
Câu 5: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO. Giá trị của a là :
A. 0,04. B. 0,075. C. 0,12. D. 0,06.
Câu 6 : Đốt cháy 9,8 gam bột Fe trong không khí thu đ ược hỗn hợp chất rắn X gồm 3 oxit của Fe.
Để hoà tan X cần vừa hết 500 ml dung dịch HNO3 1,6M thu được V lít NO (sản phẩm duy nhất). Giá trị V là :
A. 6,16 lít. B. 10,08 lít. C. 11,76 lít. D. 6,72 lít.
Câu 7: Khi đốt 1 lít khí X cần 6 lít O2 thu được 4 lít CO2 và 5 lít hơi H2O (các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất). CTPT của X là :
A. C4H10O. B. C4H8O2. C. C4H10O2. D. C3H8O.
Câu 8: Đốt cháy hoàn toàn một hiđrocacbon trong 0,5 lít hỗn hợp của nó với CO2 bằng 2,5 lít O2 thu được 3,4 lít khí. Hỗn hợp n ày sau khi ngưng tụ hết hơi nước còn 1,8 lít, tiếp tục cho hỗn hợp khí còn lại qua dung dịch kiềm dư thì còn lại 0,5 lít khí. Các thể t ích được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất. CTPT của hiđrocacbon là :
A. C4H10. B. C3H8. C. C4H8. D. C3H6.
Câu 9: Đốt cháy hoàn toàn 0,6 gam hợp chất hữu cơ X rồi cho sản phẩm cháy qua bìnhđựng dung dịch Ca(OH)2 dư thấy có 2 gam kết tủa và khối lượng bình tăng thêm 1,24 gam. Tỉ khối của X so với H2 bằng 15. CTPT của X là :
A. C2H6O. B. CH2O. C. C2H4O. D. CH2O2.
Câu 10: Đốt 0,15 mol một hợp chất hữu c ơ thu được 6,72 lít CO2 (đktc) và 5,4 gam H2O. Mặt khác đốt 1 thể tích hơi chất đó cần 2,5 thể tích O2. Các thể tích đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất.
CTPT của hợp chất đó là :
A. C2H6O2. B. C2H6O. C. C2H4O2. D. C2H4O.
Câu 11: Đốt cháy 200 ml hơi một hợp chất hữu cơ X chứa C, H, O trong 900 ml O2, thể tích hỗn hợp khí thu được là 1,3 lít. Sau khi ngưng t ụ hơi nước chỉ còn 700 ml. Tiếp theo cho qua dung dịch KOH dư chỉ còn 100 ml khí bay ra. Các thể tích khí đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất. CTPT của Y là :
A. C3H6O. B. C3H8O2. C. C3H8O. D. C3H6O2.
Câu 12: Cho 224,00 lít metan (đktc) qua h ồ quang được V lít hỗn hợp A (đktc) chứa 12% C2H2; 10% CH4; 78% H2 (về thể tích). Giả sử chỉ xảy ra 2 phản ứng :