Phương pháp bảo toàn khối lượng trong hóa học cực hay, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12

Phương pháp giải

1. Nội dung

m_{tham gia} = m_{sản phẩm}

Đối với bài toán sử dụng các chất dư sau phản ứng ta có:

m_{trước pư} = m_{sau pư}

Lưu ý: Đối với các phản ứng tạo thành chất kết tủa, bay hơi, khối lượng dung dịch sẽ thay đổi sau phản ứng:

m_{dd sau phản ứng} = m_{dd trước phản ứng} + m_{chất tan} – m_{kết tủa} – m_{bay hơi}

2. Phạm vi sử dụng

Thường sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng trong các bài toán sau:

+ Biết tổng khối lượng chất ban đầu (chất tham gia) tính khối lượng chất tạo thành sản phẩm hoặc ngược lại.

+ Trong bài toán có n chất mà chúng ta biết khối lượng của (n-1) chất ta sẽ tính được khối lượng của chất còn lại.

+ Những bài toán ta không thể xác định được số mol do không biết được phân tử khối của các chất.

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho 23,4 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với 13,8 gam Na, thu được 36,75 gam chất rắn. Hai ancol đó là

A. C₂H₅OH và C₃H₇OH

B. C₃H₇OH và C₄H₉OH

C. C₃H₅OH và C₄H₇OH

D. CH₃OH và C₂H₅OH

Lời giải:

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m_{hh acol} + m_Na = m_c/rắn + m_H2

⇒ m_H2 = m_{hh acol} + m_Na - m_c/rắn = 23,4 + 13,8 – 36,75 = 0,45g

⇒ n_H2 = 0,45/2 = 0,225 mol

⇒ n_{hỗn hợp ancol} = 2 n_H2= 2.0,225 = 0,45 (mol)

M−_ancol = 23,4/0,45 = 52 ⇒ 2 ancol là: C₂H₅OH và C₃H₇OH

⇒ Đáp án đúng là A

Lưu ý: Với bài toán trên thường mắc các lỗi sai sau:

+ Ngộ nhận Na tham gia phản ứng hết từ n_Na ⇒ n_H2 ⇒ M−_ancol ⇒ Đáp án D

+ Ngộ nhận chất rắn chỉ gồm muối RONa, không tính Na dư và sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng giữa ancol và muối ⇒ Đáp án D

Ví dụ 2: Nhiệt phân hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm CaCO₃ và Na₂CO₃ thu được 11,6 gam chất rắn và 2,24 lít khí (đktc). Thành phần phần trăm khối lượng CaCO₃ trong X là:

A. 6,25%.

B. 8,62%.

C. 50,2%

D. 62,5%.

Lời giải:

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m_X = m_c/rắn + m_CO2= 11,6 + 0,1.44 = 16g

Vậy phần trăm khối lượng của CaCO₃ trong hỗn hợp X là:

Chú ý: Với bài toán trên thường mắc các lỗi sai:

+ Na₂CO₃ không bị nhiệt phân nhưng lại viết phương trình nhiệt phân và tính số mol khí CO₂ được sinh ra từ nhiệt phân muối Na₂CO₃ và chất rắn gồm CaO; Na₂O

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn 3,9g kali vào 36,2 gam nước thu được dung dịch có nồng độ là:

A. 15,47%

B. 13,97%

C. 14,0%

D. 4,04%

Lời giải:

Lưu ý: Bài toán này thường mắc lỗi ở việc tính khối lượng dung dịch, quên không trừ đi khối lượng của khí H₂ bay đi.

Ví dụ 4: X là một α-amonoaxit, phân tử chứa một nhóm –NH₂ và một nhóm –COOH. Cho 0,89g X phản ứng vừa đủ với HCl thu được 1,255g muối. Công thức cấu tạo của X là:

A. CH₂ = C (NH₂) – COOH

B. H₂N-CH = CH – COOH

C. CH₃ – CH (NH₂) – COOH

D. H₂N – CH₂ – CH₂ – COOH

Lời giải:

HOOC – R – NH₂ + HCl → HOOC – R – NH₃Cl

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m_HCl = m_muối – m_aminoaxit = 0,365g

⇒ n_HCl = n_aminoaxit = 0,01 mol

⇒ M_aminoaxit = 0,89: 0,01 = 89

X là α-amonoaxit ⇒ X là: CHm₃ – CH (NH₂) – COOH

⇒ Đáp án đúng là C

Lưu ý: Với bài toán trên nếu không sử dụng định luật bảo toàn khối lượng quy ra số mol axit mà việc tính toán dựa trên tỉ lệ giữa muối và aminoaxit để tìm ra khối lượng phân tử của aminoaxit thì việc tính toán rất phức tạp.

Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO và Fe₂O₃. Cho một luồng CO đi qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp X nung nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64 gam chất rắn A trong ống sứ và 11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với H₂ là 20,4. Tính giá trị m.

A. 105,6 gam.

B. 35,2 gam.

C. 70,4 gam.

D. 140,8 gam.

Lời giải:

Khí B gồm: CO_dư (x mol) và CO₂ (y mol)

n_B = x + y = 0,5 mol (1)

M_B = 20,4.2 = 40,8g ⇒ m_B = 40,8.0,5 = 20,4g

⇒ 28x + 44y = 20,4g (2)

Từ (1), (2) ⇒ x = 0,1 mol; y = 0,4 mol

Ta có: n_{CO pư} = n_CO2 = 0,4 mol

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m_X + m_CO = m_A + m_CO2

⇒ mCO_X = mCO_A + mCO_CO2 - m_CO2 = 64 + 0,4.44 – 0,4.28 = 70,4g

⇒ Đáp án đúng là C

Lưu ý: Nếu không sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để quy ra số mol CO₂ và CO phản ứng mà việc tính toán dựa trên đặt ẩn số mol của các oxit thì việc giải ra kết quả rất phức tạp và liên quan đến việc sử dụng toán học khá nhiều.

Ví dụ 6: Hỗn hợp khí X gồm 0,1 mol C₂H₂; 0,2 mol C₂H₄; 0,3 mol H₂. Đun nóng X với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với H₂ bằng 11. Hỗn hợp Y phản ứng tối đa với a mol Br₂ trong dung dịch. Giá trị của a là:

A. 0,3

B. 0,2

C. 0,4

D. 0,1

Lời giải:

M_Y = 11.2 = 22

m_X = 0,1.26 + 0,2,28 + 0,3.2 = 8,8g

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m_X = m_Y = 8,8g ⇒ n_Y = 8,8: 22 = 0,4 mol

nkhí giảm = nH₂ pư = nX – nY = 0,6 – 0,4 = 0,2 mol

Ta có: n = n_{H2 pư} + n_Br2 = 2n_C2H2 + n_C2H4 = 0,4 mol

⇒ n_Br2 = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol = a

⇒ Đáp án đúng là B

Lưu ý: Việc áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để thiết lập mối quan hệ số mol trước và sau phản ứng đã giúp cho bài toán thu gọn các bước giải và việc giải bài toán đơn giản hơn thay vì đặt ẩn các mol chất khí sau phản ứng để giải hệ.

Bài tập tự luyện

Bài 1: Anđêhit mạch hở A tác dụng với H₂ theo tỷ lệ mol n_A:n_H2=1: 2 và tráng gương theo tỷ lệ mol n_A:n_H2=1: 2. Đốt cháy hoàn toàn m gam A cần vừa đúng V lít O₂ (đktc). Hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào dung dịch nước vôi trong dư thu được a gam kết tủa. liên hệ giữa m với V và a là:

Đáp án:

Theo giả thiết, có A là anđehit 2 chức no mạch hở có công thức phân từ tổng quát là C_nH_2n-2O₂.

Phương trình đốt cháy:

Bài 2: Có 500 ml dung dịch X chứa các ion: K⁺, HCO₃^-, Cl^- và Ba²⁺. Lấy 100 ml dung dịch X phản ứng với dung dịch NaOH dư, kết thúc các phản ứng thu được 19,7 gam kết tủa. Lấy 100 ml dung dịch X tác dụng với dung dịch Ba (OH)₂ dư, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 29,55 gam kết tủa. Cho 200 ml dung dịch X phản ứng với lượng dư dung dịch AgNO3, kết thúc phản ứng thu được 28,7 gam kết tủa. Mặt khác, nếu đun sôi đến cạn 50 ml dung dịch X thì khối lượng chất rắn khan thu được là

A. 23,700 g.

B. 14,175 g.

C. 11,850 g.

D. 10,062 g.

Đáp án:

Trong 100ml dung dịch X có 0,1 mol Ba²⁺, 0,15 mol HCO₃^-

Trong 200ml dung dịch X có 0,2 mol Cl^-

Do đó trong 50ml dung dịch X có 0,05 mol Ba²⁺, 0,075 mol HCO₃^-, 0,05 mol Cl^- và x mol k⁺.

Theo định luật bảo toàn điện tích được x = 0,025.

Khi cô cạn xảy ra quá trình:

2HCO₃^- ⇒ CO₃^2- + CO₂ + H₂O.

Do đó n_CO3^2- = 0,0375

Vậy khối lượng chất rắn khan thu được là: m_K⁺ + m_Ba²⁺ + m_CO3^2- + m_Cl^- = 11,85 (gam)

⇒ Đáp án C

Bài 3: Thực hiện tổng hợp tetrapeptit từ 3,0 mol glyxin; 4,0 mol alanin và 6,0 mol valin. Biết phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khối lượng tetrapeptit thu được là

A. 1510,5 g.

B. 1120,5 g.

C. 1049,5 g.

D. 1107,5 g.

Đáp án

Cứ 4 phân tử amino axit kết hợp với nhau để tạo ra tetrapeptit thì giải phóng ra 3 phân tử nước.

⇒ Đáp án D

Bài 4: Cho m gam butan qua xúc tác (ở nhiệt độ thích hợp), thu được hỗn hợp gồm 5 hiđrocacbon. Cho hỗn hợp khí này sục qua bình đựng dung dịch nước brom dư thì lượng brom tham gia phản ứng là 25,6 gam và sau thí nghiệm bình brom tăng 5,32 gam. Hỗn hợp khí còn lại sau khi qua dung dịch nước brom có tỉ khối so với metan là 1,9625. Giá trị của m là

A. 17,4.

B. 8,7.

C. 5,8.

D. 11,6.

Đáp án:

Phương trình phản ứng:

C₄H₁₀ ⇒ CH₄ + C₃H₆

C₄H₁₀ ⇒ C₂H₄+C₂H₆

Gọi x là số mol butan còn dư. Số mol khí thoát ra khỏi bình bằng số mol butan ban đầu.

Khi đó: khối lượng khí đi ra khỏi bình là:

m = m_{butan ban đầu} - m_{khí bị hấp thụ} = 58. (x +0,16) - 5,32.

⇒ m_{butan ban đầu} = 58 (l + x) = 11,6 (g) ⇒ Đáp án D

Bài 5: Hỗn hợp X gồm 0,15 mol Mg và 0,1 mol Fe cho vào 500ml dung dịch Y gồm AgNO3 và Cu (NO₃)₂; sau khi phản ứng xong nhận được 20 gam chất rắn Z và dung dịch E; cho dung dịch NaOH dư vào dung dịch E, lọc kết tủa nung ngoài không khí nhận được 8,4 gam hỗn hợp 2 oxit. Nồng độ mol/l của AgNO3 và Cu (NO₃)₂ lần lượt là

A. 0,24M và 0,5M.

B. 0,12M và 0,36M

C. 0,12M và 0,3M.

D. 0,24M và 0,6M.

Đáp án:

Bài 6: Cho m gam bột Fe vào 800 ml dung dịch hỗn hợp gồm Cu (NO₃)₂ 0,2M và H₂SO₄ 0,25M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được 0,6m gam hỗn hợp bột kim loại và V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Giá trị của m và V lần lượt là

A. 10,8 và 4,48.

B. 17,8 và 4,48.

C. 17,8 và 2,24.

D. 10,8 và 2,24.

Đáp án:

Vì thu được hỗn hợp bột kim loại nên Fe còn dư sau các phản ứng, trong dung dịch chứa Fe²⁺.

Coi các quá trình phản ứng xảy ra như sau:

Bài 7: Cho 3,6 gam axit cacboxylic no, đơn chức X tác dụng hoàn toàn vói 500 ml dung dịch gồm KOH 0,12M và NaOH 0,12M. Cô cạn dung dịch thu được 8,28 gam hỗn hợp chất rắn khan. Công thức phân tử của X là

A. C₃H₇COOH.

B. HCOOH.

C. C₂H₅COOH.

D. CH₃COOH.

Đáp án:

nNaOH = 0,06; nKOH =0,06

Có RCOOH + MOH ⇒ RCOOM + H₂O

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

m_X +m_NaOH + m_KOH = m_{rắn khan} + m_H2O

Đáp án D

Bài 8: Cho 37,95g hỗn hợp hai muối MgCO₃ và RCO₃ vào 100ml dd H₂SO₄ loãng thấy có 1,12 lít CO₂ (đktc) thoát ra, dung dịch A và chất rắn

B. Cô cạn dung dịch A thu được 4g muối khan. Nung chất rắn B đến khối lượng không đổi thì thu được rắn B1 và 4,48 lít CO₂ (đktc). Biết trong hỗn hợp đầu có tỉ lệ n_RCO3: n_MgCO3 = 3: 2. Khối lượng chất rắn B1 và nguyên tố R là

A. 27,85g va Ba.

B. 26,95g và Ca.

C. 27,85g và Ca.

D. 26,95g và Ba.

Đáp án:

⇒ Đáp án D

Bài 9: Khi đun nóng 25,8 gam hỗn hợp ancol etylic và axit axetic có H₂SO₄ đặc làm xúc tác thu được 14,08 gam este. Nếu đốt cháy hoàn toàn lượng hỗn hợp đó thu được 23,4 ml H₂O (lỏng). Tính thành phân trăm mỗi chất trong hỗn hợp đầu và hiệu suất của phản ứng este hoá.

A. 60,0% C₂H₅OH; 40,0% CH₃COOH và hiệu suất 75%.

B. 45,0% C₂H₅OH; 55,0% CH₃COOH và hiệu suất 60%.

C. 55,3% C₂H₅OH; 44,7% CH₃COOH và hiệu suất 80%.

D. 53,5% C₂H₅OH; 46,5% CH₃COOH và hiệu suất 80%.

Đáp án:

Gọi n_C2H5OH = x; n_CH3COOH = y. Đốt cháy sản phẩm cũng như đốt hỗn hợp ban đầu, theo định luật bảo toàn nguyên tố H ta có: 6n_C2H5OH + 4n_CH3COOH = 2n_H2O

Phương trình theo khối lượng: 46x+60y = 25,8 (2)

Từ (1) và (2) suy ra x = 0,3; y = 0,2

⇒ Đáp án D

Bài 10: Lấy V (ml) dung dịch H₃PO₄ 35% (d = 1,25 g/ml) đem trộn với 200 ml dung dịch KOH 1M thu được dung dịch chứa 14,95 (g) muối. Giá trị V là:

A. 18,48 (ml).

B. 16,8 (ml).

C. 25 (ml).

D. 33,6 (ml).

Đáp án:

Dung dịch chỉ chứa muối nên KOH và H₃PO₄ hết.

⇒ Đáp án D

Bài trước: Phương pháp bảo toàn electron trong hóa học hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12 Bài tiếp: Phương pháp bảo toàn khối lượng trong hóa học hữu cơ hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12