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

Phương pháp giải

1. Nội dung

Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kỳ trước và sau phản ứng là luôn bằng nhau

2. Phạm vi sử dụng

Trong các phản ứng hóa học các nguyên tố luôn được bảo toàn.

⇒ Số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kì trước và sau phản ứng bằng nhau.

Hầu hết tất cả các dạng bài tập đều có thể sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố, đặc biệt là các dạng bài hỗn hợp nhiều chất, xảy ra biến đổi phức tạp. Thường sử dụng trong các trường hợp sau:

+ Từ nhiều chất ban đầu tạo thành sản phẩm

Từ dữ kiện đề bài ⇒ số mol của nguyên tố X trong các chất ban đầu ⇒ tổng số mol trong sản phẩm ⇒ số mol sản phẩm

+ Từ một chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm

Từ dữ kiện đề bài ⇒ Tổng số mol ban đầu, số mol của các hợp phần đã cho ⇒ số mol chất cần xác định

+ Từ nhiều chất ban đầu tạo thành nhiều sản phẩm

Đối với dạng bài này không cần thiết phải tìm chính xác số mol của từng chất, chỉ quan tâm:

( chỉ quan tâm đến tổng số mol của các nguyên tố trước và sau phản ứng)

+ Đốt cháy để phân tích thành phần nguyên tố của hợp chất

Chú ý:

+ Hạn chế viết phương trình phản ứng mà viết sơ đồ phản ứng biểu diễn sự biến đổi của nguyên tố đang cần quan tâm.

+ Từ số mol của nguyên tố chúng ta quan tâm sẽ tính ra được số mol của các chất.

+ Số mol nguyên tố trong hợp chất bằng số nguyên tử của nguyên tố đó trong hợp chất nhân với số mol hợp chất chứa nguyên tố đó.

Giả sử ta có hợp chất A_xB_y có số mol là a (mol).

Khi đó số mol nguyên tố A và B trong hợp chất là:

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Từ 6,2 gam photpho điều chế được bao nhiêu lít dung dịch H₃PO₄ 2M (hiệu suất toàn bộ quá trình phản ứng là 80%).

A. 100 lít.

B. 80 lít.

C. 40 lít.

D. 64 lít.

Bài giải:

+ Nhận thấy lượng P ban đầu được bảo toàn thành P trong HNO₃ 80% vì hiệu suất cả quá trình điều chế là 80%.

⇒ Đáp án đúng là B. 80 lít.

Ví dụ 2: Đốt cháy 4,16 gam hỗn hợp Mg và Fe trong khí O₂, thu được 5,92 gam hỗn hợp X chỉ gồm các oxit. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HCl vừa đủ, thu được dung dịch Y. Cho dung dịch NaOH dư vào Y, thu được kết tủa Z. Nung Z trong không khí đến khối lượng không đổi, thu được 6 gam chất rắn. Mặt khác cho Y tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là

A. 32,65.

B. 31,57.

C. 32,11.

D. 10,80.

Bài giải:

+ Tương tự như trên ta cần phải tính được nAg, nung Z thu được oxit có m = 6g > m_X(5,92g)

⇒ Trong X phải có FeO,

Do đó khối lượng O dùng để oxi hóa Fe²⁺ trong X thành Fe³⁺ là:

⇒ Đáp án đúng là A. 32,65.

Ví dụ 3: Một hỗn hợp A gồm anđehit acrylic và một anđehit no, đơn chức X. Đốt cháy hoàn toàn 3,44 gam hỗn hợp trên cần vừa hết 4,592 lít khí oxi (đktc). Cho toàn bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào dung dịch Ca (OH)₂ dư, thu được 17 gam kết tủa. Công thức cấu tạo của X là:

A. CH₂O.

B. C₂H₄O.

C. C₃H₆O.

D. C₄H₈O.

Bài giải:

Trước hết ta tính được tất cả những gì có thể tính được ngay:

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

Anđehit đơn chức ⇒ do đó n_A = n_{O (trong A)}

+ Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O, ta được:

Vì anđehit acrylic CH₂ = CH - CHO có phân tử khối là 56 nên suy ra được X < 49,14 ⇒ loại ngay đáp án C và D.

+ Vì X là anđehit no đơn chức nên có dạng C_nH_2nO ⇒ n_CO2 = n_H2O

Vì anđehit acrylic là anđehit có một nối đôi, đơn chức có công thức là C₃H₄O

Ví dụ 4: Hấp thụ hoàn toàn 2,24 lít (đktc) CO₂ vào 100ml dung dịch gồm K₂CO₃ 0,2 M và KOH x mol/lít. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được dung dịch Y. Cho toàn bộ Y tác dụng với dung dịch BaCl₂ dư được 11,82 gam kết tủa. Giá trị X là:

A, 1,0.

B. 1,4.

C. 1,2.

D. 1,6.

Bài giải:

Ví dụ 5: Trong một bình kín chứa 3,5 mol hỗn hợp gồm H₂, một amin đơn chức và 4 mol O₂. Bật tia lửa điện để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp. Thu được 1 mol CO₂; 0,5 mol N₂; 0,5 mol O₂ và a mol H₂O. Công thức phân tử của amin là:

A. CH₅N.

B. C₃H₆N.

C. C₃H₅N.

D. C₂H₇.

Bài giải:

Bảo toàn nguyên tố O

=> Công thức của amin là CH₅N

⇒ Đáp án đúng là A

Bài tập tự luyện

Bài 1: Đốt cháy 9,8g bột Fe trong không khí thu được hỗn hợp rắn X gồm FeO, Fe₃O₄ và Fe₂O₃. Để hòa tan X cần dùng vừa hết 500ml dung dịch HNO₃ 1,6M, thu được V lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất). Gía trị của V là:

A. 6,16

B. 10,08

C. 11,76

D. 14,0

Bài giải:

Bảo toàn nguyên tố Fe: nFe (NO3)3 = nFe = 0,175 mol

Bảo toàn nguyên tố N:

nNO = nHNO3 – 3nFe (NO3)3 = 0,5.16 – 3.0,175 = 0,275 mol

⇒ V = 0,275.22,4 = 6,16 lít

⇒ Đáp án đúng là A. 6,16

Bài 2: Hỗn hợp X gồm C₃H₆, C₄H₁₀, C₂H₂ và H₂. Cho m gam X vào bình kín có chứa một ít Ni làm xúc tác. Nung bình được hỗn hợp Y. Đốt cháy hoàn toàn Y cần V lít O₂ (đktc), sản phẩm hấp thụ vào bình đựng nước vôi trong dư thu được dung dịch có khối lượng giảm 21,45 gam. Nếu Y đi qua bình đựng lượng dư dung dịch brom trong CCl₄ thì có 24 gam brom phản ứng. Mặt khác, 11,2 lít hỗn hợp X đi qua bình đựng dung dịch brom dư trong CCl₄ thấy có 64 gam brom phản ứng. Tìm V?

Bài giải:

Theo giả thiết, Y phản ứng được với dung dịch brom trong CCl4. Do đó trong Y còn hidrocacbon không no và H2 phản ứng hết.

Trong đó k là tỉ lệ giữa hỗn hợp X cho tác dụng với dung dịch brom và hỗn hợp X đem đốt cháy.

Bài 3: Một hỗn hợp gồm Al₂(SO₄)₃ và K₂SO₄, trong đó Số nguyên tử oxi chiếm 20/31 tổng số nguyên tử có trong hỗn hợp. Hoà tan hỗn hợp trên vào nước rồi cho tác dụng với dung dịch BaCl₂ dư, hỏi khối lượng kết tủa thu được gấp bao nhiêu lần khối lượng hỗn hợp ban đầu:

A. 1,788 lần.

B. 1,488 lần.

C. 1,688 lần.

D. 1,588 lần.

Bài giải:

Gọi

⇒ Đáp án đúng là C. 1,688 lần.

Bài 4: Hỗn hợp X gồm 1 ancol và 2 sản phẩm hợp nước của propen. Tỉ khối hơi của X so với hiđro bằng 23. Cho m gam X đi qua ống sứ đựng CuO (dư) nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được hỗn hợp Y gồm 3 chất hữu cơ và hơi nước, khối lượng ống sứ giảm 3,2 gam. Cho Y tác dụng hoàn toàn với lượng dư dung dịch AgNO₃ trong NH₃, tạo ra 48,6g Ag. Phần trăm khối lượng của propan-l-ol trong X là:

A. 65,2%:

B. 16,3%.

C. 48,9%.

D. 34,5%.

Bài giải:

X gồm ROH và CH3CH2CH2OH, (CH3)2CHOH.

Có M (trung bình)X = 23.2 = 46

Mà CH3CH2CH2OH và (CH3)2CHOH có M = 60 > 46 nên ROH là CH3OH

Bài 5: Cho 46,6 gam hỗn hợp X gồm Na, K, Ba và Al₂O₃ (trong đó oxi chiếm 30,9% về khối lượng) tan hết vào nước thu được dung dịch Y và 8,96 lít H₂ (đktc). Cho 3,1 lít dung dịch HC1 0,5M vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là:

A. 7,8.

B. 35,1.

C. 27,3.

D. 0.

Bài giải:

⇒ Đáp án đúng là C

Bài 6: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm hai este đồng phân cần dùng 27,44 lít khí O₂ thu được 23,52 lít khí CO₂ và 18,9 gam H₂O. Nếu cho m gam X tác dụng hết với 400 ml dung dịch NaOH 2M, cô cạn dung dịch sau phản ứng thì thu được 27,9 gam chất rắn khan, trong đó có a mol muối Y và b mol muối Z (My < Mz). Các thể tích khí đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Tỉ lệ a: b là

A. 2: 3.

B. 3: 5.

C. 4: 3.

D. 3: 2.

Bài giải:

⇒ Công thức chung của X có dạng CnH2nO2

Bảo toàn nguyên tố O:

=> X gồm HCOOC2H5: a mol và CH3COOCH3: b mol với a + b = 0,35 (1)

27,9 gam chất rắn khan chứa 0,05 mol NaOH dư nên 68a + 82b + 0,05.40 = 27,9 (2)

Từ (1) và (2) có a = 0,2 và b = 0,15⇒ a: b = 4: 3

⇒ Đáp án đúng là C

Bài 7: Cho 6,44 gam một ancol đơn chức phản ứng với CuO đun nóng, thu được 8,68 gam hỗn hợp X gồm anđehit, nước và ancol dư. Cho toàn bộ X tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO₃ trong NH₃, kết thúc các phản ứng thu được m gam Ag. Giá trị của m là

A. 30,24.

B. 86,94.

C. 60,48.

D. 43,47.

Bài 8: Hòa tan m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe (OH)₂, Fe (OH)₃ () trong dung dịch HNO₃ vừa đủ thu được dung dịch Y và khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc). Cô cạn dung dịch Y và lấy chất rắn thu được nung đến khối lượng không đổi thu được 30,4 gam chất rắn khan. Nếu cho 11,2 gam Fe vào dung dịch Y thu được dung dịch Z và p gam chất rắn không tan. p có giá trị là

A. 0,84 g.

B. 0,56 g.

C. 0,28 g.

D. 1,12 g.

Bài giải:

Theo định luật bảo toàn nguyên tố Oxi, ta có:

Bài 9: Phân supephotphat kép thực tế sản xuất được thường chỉ có 40% P₂O₅. Hàm lượng Ca (H₂PO₄)₂ trong phân bón đó là

A. 56,94%.

B. 65,92%.

C. 78,56%.

D. 75,83%.

Bài giải:

Phân supephotphat kép gồm Ca (H2PO4)2 và CaSO4

Bài 10: Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic và axit axetic. Cho m gam X phản ứng hết với dung dịch NaHCO₃ thu được 0,672 lít CO₂ (đktc). Đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 1,008 lít O₂ (đktc), thu được 2,42 gam CO₂ và a gam H₂O. Giá trị của a là

A. 1,80.

B. 0,72.

C. 1,44.

D. 1,62

Bài giải:

Nhận thấy: Cứ 1 nhóm -COOH phản ứng với NaHCO3 tạo 1 phân tử CO2

⇒a = 18.0,04 = 0,72 (gam)

⇒ Đáp án đúng là B